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摘要
本文报道了一种聚γ-氨丙基硅氧烷钯、钼双金属催化剂的合成、加氢活性及其XPS研究。该催化剂通过溶胶-凝胶法合成得到,并利用CO气相沉积法对其进行表面修饰。通过催化反应测试及XPS分析,发现该催化剂具有较高的加氢活性和稳定性,同时呈现出Pd和Mo离子部分还原的状态。
关键词:聚γ-氨丙基硅氧烷,钯,钼,双金属催化剂,加氢活性,XPS研究
Introduction
催化剂是化学工业领域中重要的材料,广泛应用于能源转化、环境治理、化学合成等领域。双金属催化剂由于其高效性和高稳定性,成为近年来研究的前沿和热点之一。在化学合成领域,钯、钼双金属催化剂已经成为重要的催化剂之一。目前,研究领域主要集中于寻找一种新型的载体材料和表面修饰方法,以提高催化剂的活性和选择性。
聚γ-氨丙基硅氧烷(PAPTS)是一种优良的载体材料,因其高度的化学稳定性、良好的亲水性和较高的表面积而受到广泛关注。钯、钼双金属催化剂可以通过CO气相沉积法进行表面修饰,从而提高其催化活性。本研究通过溶胶-凝胶法制备出PAPTS负载的钯、钼双金属催化剂,并采用CO气相沉积法对其进行表面修饰,研究其加氢活性及表面成分分析。
Experimental
材料
PAPTS由Sigma-Aldrich公司购买;硝酸钨(VI)和钨酸钠由Alfa Aesar公司供应;硝酸镍(II)和硝酸钯(II)由Fluka公司提供。
合成方法
制备PAPTS负载的钯、钼双金属催化剂:在100 mL盛装瓶中先加入适量的硝酸钯(II)和硝酸钨(VI),并在室温下搅拌均匀,然后将PAPTS溶解于以乙醇为溶剂的水中,再将溶液加入上述盛装瓶中,并继续搅拌30 min。随后将该溶液倒入负载样品的盆子中,干燥4 h并将其置于烘箱中加热。加热温度为200 ℃,保持时间为3 h。
表面修饰:将催化剂样品曝气于10 vol.% CO/He混合气体中,反应时间为30 min。再将其置于真空室中进行修饰处理。
表征方法
使用X射线粉末衍射仪(XRD)对催化剂进行表征。研究其结构和晶相成分。
用红外光谱仪(FT-IR)对催化剂进行表征,以研究其表面化学成分和表面功能基团。
在催化反应中,使用高压流动釜对催化剂进行测试。样品采用苯和乙酸乙酯作为反应物,H2气体作为还原剂,反应温度为120 ℃。收集反应后的产物,通过气相色谱质谱法(GC-MS)分析产物种类和构成。
使用X射线光电子能谱法(XPS)对催化剂的表面元素和化学状态进行分析。
Results and discussion
利用XRD测试催化剂样品,发现其晶体结构主要为单相结构,其中的Pd和Mo均分散于载体表面。通过FT-IR分析发现,表面修饰后的催化剂具有较多的氧化物,可能是由于CO表面修饰产生的。
在催化反应测试中,我们发现该催化剂表现出较高的加氢活性和稳定性。在苯和乙酸乙酯的加氢反应中,产物种类和构成均有所不同。Pd、Mo双金属催化剂可以选择性催化出苯乙酸甲酯(PMA)和苯乙酸乙酯(PEA),并表现出较高的催化效果。
通过XPS分析,我们发现该催化剂表面存在少量还原的Pd和Mo离子。CO表面修饰使得催化剂表面的电子结构发生了变化,产生了更多的含氧化合物,从而可能对催化活性产生了一定影响。
结论
本研究合成了一种PAPTS负载的钯、钼双金属催化剂,并采用CO气相沉积法对其进行表面修饰。研究发现,该催化剂具有优异的加氢活性和稳定性。通过XPS分析,发现该催化剂表面存在少量还原的Pd和Mo离子。本研究对新型载体材料和催化剂表面修饰方法的研究,为今后更好的催化剂设计提供了一定的理论基础和实验指导。