钯基单原原子催化剂精准合成及其小分子活化研究

作     者：王雪侠 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李智君

授予年度：2021年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：单原子催化 SBA-15 氮化钛 钯 小分子活化 

摘      要：本论文旨在研发新颖的单原子催化剂合成方法,考察其在不饱和炔烃加氢和硅烷氧化反应中的催化效果。本文采用了两种高效、简易的单原子催化剂合成方法,分别通过静电吸附策略及设计缺陷策略成功负载原子级分散钯金属原子。所制备的催化剂在不饱和炔烃加氢以及硅烷氧化反应中展现了优异的催化活性、选择性和稳定性。本论文主要包括以下几方面内容:1.利用静电吸附策略制备了SBA-15负载的钯金属原子级催化剂。经过调节溶液的酸碱环境,使金属钯负载在SBA-15上。通过对催化剂进行高角度环形暗场扫描透射电镜、X射线光电子能谱及近边X-射线吸收精细结构谱等表征,证实钯金属是以钯单原子及完全暴露的团簇形式均匀负载在SBA-15载体上。这种金属分散形式对反应物与金属活性位点间充分的相互作用提供了有利条件。2.利用缺陷工程策略制备了氮化钛负载的钯金属单原子催化剂。通过酸处理使氮化钛产生钛空位,利用其自身还原性使钯金属嵌入在含有钛缺陷上。通过对催化剂进行高分辨电子透射电镜、X射线光电子能谱及电子顺磁共振谱等表征手段,证实钯单原子均匀分布在氮化钛载体上。3.将以上合成的催化剂分别进行不饱和炔烃加氢以及硅烷氧化的性能测试,Pd/SBA-15@N-C在1-氯-4-乙炔基苯选择性加氢反应中,30分钟时转化率为99%,选择性95%,转化频率(TOF)为25000 h;1-溴-4-乙炔基苯选择性加氢反应中,30分钟时转化率为99%,选择性95%,TOF为19355 h。Pd/Ti N在二苯基甲基硅烷氧化反应中,15分钟转化率与选择性为99%,TOF为42857 h;拓展反应中,1)三乙基硅烷5分钟转化率与选择性为99%;2)二甲基苯基硅烷40分钟转化率与选择性为99%;3)二苯基硅烷60分钟转化率与选择性为99%。两种催化剂均具有出色的催化活性及稳定性。