新型耐酸的類貴金屬選擇加氫催化劑:過渡金屬硅化物
高效、節(jié)能、直接轉(zhuǎn)化酸酐類化合物獲取高附加值內(nèi)酯是目前研究的熱點。而控制酸酐中C=O鍵選擇加氫而不發(fā)生副反應,同時有效避免活性金屬在酸性體系中腐蝕毒化成為研究者面臨的巨大挑戰(zhàn)。近期,大連理工大學精細化工國家重點實驗室梁長海教授領導的先進材料與催化工程團隊針對苯酐選擇加氫制備苯酞體系,開發(fā)了一種具有類貴金屬性能的耐酸型鈷鎳雙金屬硅化物催化劑,在酸性環(huán)境中具有高活性、長期穩(wěn)定性,并有效調(diào)控加氫反應目標產(chǎn)物選擇性,在溫和條件下實現(xiàn)酸酐高效、定向高選擇性轉(zhuǎn)化。相關工作發(fā)表在Catalysis Science & Technology(2019, 9, 1108-1116)上,并被選作前封面予以報道。
過渡金屬硅化物是非金屬硅原子進入過渡金屬的晶格所形成的一類金屬間化合物。硅原子與金屬間的相互作用導致金屬晶格的擴展以及金屬鍵長的增加,使得金屬d能帶收縮和費米能級附近的態(tài)密度增大,從而賦予了過渡金屬硅化物特殊的物理化學性能,是一類有潛力的優(yōu)良催化材料。此外,大部分金屬硅化物具有良好的抗氧化和抗腐蝕性及較好的化學穩(wěn)定性,在堿和酸(除HF)性溶液中一般不溶解,有利于維持其在苛刻條件下的結構穩(wěn)定性,從而延長其作為催化新材料的壽命?;诮饘俟杌锕逃心透g性和雙金屬硅化物間的協(xié)同效應,課題組張亮亮博士和陳霄副教授采用微波輔助化學氣相沉積法,以MOF-74為前驅(qū)體,二氯二甲基硅烷為硅源,成功制備了不同化學計量比的鈷鎳雙金屬硅化物催化劑。研究發(fā)現(xiàn)少量Ni取代的Co2Si催化劑(Co1.5Ni0.5Si@C)在鄰苯二甲酸酐加氫反應中具有與貴金屬催化劑(Au、Pd和Pt)相媲美的催化活性和對目標產(chǎn)物鄰羥甲基苯甲酸內(nèi)酯的高選擇性(轉(zhuǎn)化率>97.7%,選擇性>91.8%),測試結果明顯高于過渡金屬催化劑。此外,雙金屬硅化物催化劑較傳統(tǒng)金屬Ni和Co催化劑具有更強的耐酸腐蝕性能。上述工作為在苛刻反應環(huán)境下的高效、高選擇性和持久穩(wěn)定的催化劑設計提供一種思路。
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近十年來,梁長海教授團隊在苛刻反應環(huán)境下金屬硅化物、金屬鋁化物等催化新材料的研究和開發(fā)方面做了大量研究工作,在催化科學和化學工程領域的國家期刊上發(fā)表了一系列研究成果(J. Catal., 2019, 369, 363; ChemCatChem, 2017, 9, 1337; ChemCatChem, 2015, 7, 978;J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 29052; Catal. Today, 2015, 246,176; Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 53(Inside Cover);J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 5292(Back Cover); J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 24968; Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 3604; J. Mater. Chem.,2012,?22, 609; Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 9432; J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 16525; J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 3962; Chem. Commun.,2009, 2047),形成了初具特色的催化材料研究新體系。
上述研究工作得到了國家自然科學基金以及大連理工大學專項研究經(jīng)費的支持。同時,這也是先進材料與催化工程團隊為大連理工大學七十周年校慶獻禮文章之一!
Catalysis Science & Technology是國際催化領域最具權威和影響力的學術期刊之一,由英國皇家化學學會出版發(fā)行,2018年影響因子為5.365。論文鏈接:http://dx.doi.org/10.1039/C8CY02258E
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