《伽馬氧化鋁高能晶面研究及相關高效催化劑創製》是依託南京大學，由丁維平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：伽馬氧化鋁高能晶面研究及相關高效催化劑創製
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁維平
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
伽馬氧化鋁是套用廣泛的催化材料。傳統伽馬氧化鋁的外露表面主要為(110)及(100)晶面。而理論上其(111)面表面能更高、活性更強，如能獲得以(111)為主要暴露面的伽馬氧化鋁，將是一種從傳統中創新的新型催化材料。申請人的前期工作表明通過前體組裝與表面結構控制確可獲得表面主要為(111)面的新型伽馬氧化鋁，且性能優越。本課題立意細緻研究氧化鋁納米粒子與表面活性劑的組裝以及隨後的結構轉化機制，研究製備條件對伽馬氧化鋁不同晶面暴露比例的影響，探討組裝後顆粒形貌對其暴露晶面的影響，研究（111）面上羥基的構型和電荷並由此產生的獨特表面活性位性質，表征該新型氧化鋁的固體酸鹼性，研究負載其上的活性過渡金屬及貴金屬組分與載體表面相互作用，以及（111）晶面對負載活性粒子的結構導向作用，了解其與傳統氧化鋁的負載作用區別，探索如此獲得的催化劑在選擇氧化、加氫等反應中的催化性能，可望獲得高性能催化劑。
結題摘要
伽馬氧化鋁的外露表面通常為(110)及(100)晶面，如能使其主要暴露高能 (111)面，將能獲得一種新催化材料。本課題通過理論計算證實在軟水鋁石(AlOOH)的四種常見晶面中（101）面能量最高，當有羧酸根取代表面羥基吸附時，該（101）面將轉化成能量最低的面，脫水後，其將轉成伽馬氧化鋁（111）晶面。實驗上以油酸作為保護劑，製得了一種伽馬氧化鋁納米管，表征證實該新材料優先暴露（111）晶面，有高的羥基密度、酸密度和酸強度。 以該新材料負載Pd用於乙炔選擇性加氫反應，並與普通氧化鋁進行對比，結果表明γ-Al2O3的（111）面和Pd之間的作用力更強，負載的金屬鈀分散度更高，並呈缺電子狀態，催化活性與烯烴選擇性都更好。DFT理論計算結果也表明Pd團簇在（111）面上吸附能更大，並導致金屬電子結構變化以及C2H2和C2H4的吸附能差異加大，導致活性與選擇性同時改善。 通過液相沉積製備得TiOX/γ-Al2O3-(111)催化劑，發現其具有良好的乙炔氣相選擇性加氫反應催化性能。包括離子背散射譜的系列表徵結果發現表面Ti(III)物種是加氫反應的活性中心。由於Ti2O3和氧化鋁(111)面的作用力更強，導致高溫還原後的鈦氧化物在表面呈單原子層分散狀態，活性組分Ti(III)的濃度高，對氫分子活化作用強，具有更好的加氫性能。而負載在普通氧化鋁上的氧化鈦，即使經過高溫還原，也只是生成聚集態小顆粒，加氫活性較低。該催化劑還可套用於異丙醇還原肉桂醛制肉桂醇的反應，同時具有高活性和單一高選擇性，其表面的低價鈦物種與Lewis酸對高性能起了有利的作用。 用該新型氧化鋁負載氧化鐵並結合有機磷酸修飾，可獲得一種獨特的甲苯氧化製備苯甲醛催化劑，在~70%的轉化率時，仍保持有~100%的苯甲醛選擇性。此外，以該特種氧化鋁負載金屬鎳，並覆蓋以CN，可構成一種反相金屬半導體異質結催化劑，是一種耐酸性、耐硫化物的高穩定性加氫催化劑，可在惡劣條件下有優異的硝基加氫催化性能。 總之，本課題從理論到實驗闡明了一種伽馬氧化鋁新材料，以（111）面為主要外表面，有高能量，依託該氧化鋁可望創製一系列催化新材料。
