《基於表面化學原理控制合成丙烷脫氫Pt-Sn合金催化劑》是依託福州大學，由朱海波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面化學原理控制合成丙烷脫氫Pt-Sn合金催化劑
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱海波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
丙烯是化學工業中的大宗化學品和基本有機化工原料。丙烷脫氫是制丙烯的一條經濟、可行、有效的路線。近年來該技術成為倍受全球石油化工界關注的焦點。本項目從丙烷在Pt-Sn催化劑上脫氫反應的機理出發，設計該催化劑的結構模型，並基於金屬有機表面化學原理，提出新的Pt-Sn合金催化劑的合成方法。此合成方法以Pt-Sn催化劑的定向構築為目標，期望在分子甚至原子尺度上控制催化劑的結構，實現Pt-Sn合金粒徑大小、微觀結構、組份分布等關鍵參數的精確調變。合成的Pt-Sn催化劑有高的分散度，以納米簇（1 nm以下）分散在載體表面；同時Sn原子主要落位在合金粒子的表面隔離Pt活性位。該合成路線具有高度的可控性，能夠合成整體性能（活性、選擇性和穩定性）高的Pt-Sn催化劑，為丙烷脫氫新一代催化劑的開發提供思路和可能性。
結題摘要
丙烷脫氫制丙烯是一條極具競爭力的生產路線，具有原料來源廣泛、生產成本低和丙烯選擇性高等優點。目前已工業化的Pt-Sn/Al2O3催化劑存在金屬組分分散性差、晶粒大等問題，導致催化性能差、Pt的利用率低。針對上述問題，本項目發展出表面固載方法製備了高分散、小晶粒的Pt基催化劑。同時將表面固載方法擴展到其它雙金屬催化劑的合成，製備出了高性能的Ir(Rh)-Sn/SiO2合金催化劑。主要結論如下： (1)採用固載法合成了Pt-Sn/θ-Al2O3催化劑，合成分成以下兩步：將Pt(COD)(Me)2和HSnBu3化合物依次固載在θ-Al2O3的表面，得到[(≡AlO-)Pt(COD)Me] 和 [(≡AlO-)SnPh3]表面化合物；通過氫氣處理表面化合物得到組成均一、粒徑均勻的高分散Pt-Sn納米簇(＜1nm)催化劑。詳細研究了不同Sn/Pt比對催化劑性能的影響，結果表明當Pt的負載量為0.5%時，Sn/Pt=3.00時催化劑的活性最高，並且其催化性能明顯優於傳統浸漬方法合成的Pt-Sn催化劑。 (2)研製出了分散性高和穩定性強的丙烷脫氫Pt/Sn-Beta催化劑。Pt/Sn-Beta催化劑的製備包括三個基本步驟：1.先從分子篩骨架中脫除Al原子，產生結構缺陷位；2.將Sn原子摻雜到分子篩骨架中，形成Sn分子篩；3.在溫和條件將Pt化合物錨定分子篩表面，經H2處理得到Pt/Sn-Beta催化劑。Pt納米簇與分子篩骨架中的Sn位點之間的強相互作用，使得Pt/Sn-Beta催化劑在高溫丙烷脫氫反應中表現出優異的催化性能。 (3)將表面合成方法擴展到Ir(Rh)-Sn/SiO2合金催化劑的製備，這兩種催化劑的合成是通過在SiO2表面連續固載[(COD)IrCl]2(或Rh(acac)(COD) )和HSnBu3製備的雙金屬表面化合物≡SiOIr(COD)/≡SiOSnBu3和≡SiORh(COD)/≡SiOSnBu3的氫解來實現的。通過XRD、STEM、N2吸附-脫附、CO-IR、XPS等測試手段，對兩種催化劑的結構進行了表征，發現合金粒徑為1nm左右，並且表面Ir和Rh原子被Sn原子稀釋隔離，產生了單原子的Ir和Rh活性位點。Sn/Ir(Rh)比為1的Ir-Sn1.00/SiO2和Rh-Sn1.00/SiO2催化劑在乙酸乙酯加氫反應中表現出最佳性能。
