新型耐酸的類貴金屬選擇加氫催化劑:過(guò)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(diǎn)。而控制酸酐中C=O鍵選擇加氫而不發(fā)生副反應(yīng),同時(shí)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(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁長(zhǎng)海教授領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)材料與催化工程團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性,并有效調(diào)控加氫反應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)物選擇性,在溫和條件下實(shí)現(xiàn)酸酐高效、定向高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)工作發(fā)表在Catalysis Science & Technology(2019, 9, 1108-1116)上,并被選作前封面予以報(bào)道。
過(guò)渡金屬硅化物是非金屬硅原子進(jìn)入過(guò)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(dǎo)致金屬晶格的擴(kuò)展以及金屬鍵長(zhǎng)的增加,使得金屬d能帶收縮和費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度增大,從而賦予了過(guò)渡金屬硅化物特殊的物理化學(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而延長(zhǎng)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(yīng),課題組張亮亮博士和陳霄副教授采用微波輔助化學(xué)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(xué)計(jì)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(yīng)中具有與貴金屬催化劑(Au、Pd和Pt)相媲美的催化活性和對(duì)目標(biāo)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(cè)試結(jié)果明顯高于過(guò)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(qiáng)的耐酸腐蝕性能。上述工作為在苛刻反應(yīng)環(huán)境下的高效、高選擇性和持久穩(wěn)定的催化劑設(shè)計(jì)提供一種思路。
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近十年來(lái),梁長(zhǎng)海教授團(tuán)隊(duì)在苛刻反應(yīng)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(xué)和化學(xué)工程領(lǐng)域的國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金以及大連理工大學(xué)專項(xiàng)研究經(jīng)費(fèi)的支持。同時(shí),這也是先進(jìn)材料與催化工程團(tuán)隊(duì)為大連理工大學(xué)七十周年校慶獻(xiàn)禮文章之一!
Catalysis Science & Technology是國(guó)際催化領(lǐng)域最具權(quán)威和影響力的學(xué)術(shù)期刊之一,由英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)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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