《甘油選擇轉化製取高附加值化學品的多相催化研究》是依託清華大學，由徐柏慶擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：甘油選擇轉化製取高附加值化學品的多相催化研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：徐柏慶
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以探索和開發甘油選擇脫水制丙烯醛新工藝為目標，篩選和創製高性能固體酸催化劑；針對甘油選擇氫解制二羥基丙醇、選擇氧化制甘油酸或二羥基丙酮等高值化學品，研究本實驗室近年發展的Ptm^M納米結構催化劑（m為以Pt/M原子比表示的組成，M = Au或Ag）的活性和選擇性變化規律；建立幾種以甘油為平台分子製取相關高值化學品的催化體系，研究其中的催化物理化學特點。系統認識固體催化劑表面酸性與甘油脫水生成丙烯醛活性、選擇性和穩定性的關係，納米結構Pt^M催化劑體系Pt的分散狀態和Pt-M相互作用與甘油氫解或氧化反應的活性、選擇性和穩定性的關係。明確相關催化反應體系的催化活化和選擇轉化作用的機理，拓展催化劑設計理念，發現和創製甘油增值利用的高效催化劑，為發展相應催化新技術提供系統性基礎數據。
結題摘要
以甘油為平台分子製取高附加值化學品正在成為前瞻性化學化工研究的重要方向。甘油選擇轉化增值的多相催化物理化學課題在2011-2014年間根據原工作計畫和國內外相關學術動態，重點針對甘油酸脫水製取丙烯醛和乳酸脫水製取丙烯酸的固體酸鹼催化化學，甘油選擇轉化製取甘油酸、二羥基丙酮，甘油選擇氫解製取丙二醇等的金屬催化化學開展科學研究，在建立和改進反應器，保障實現反應的物料平衡，完善分析方法等基礎上，特別針對一些有本實驗室特點的固體酸催化劑、納米Au催化劑、新穎納米結構Pt^M催化劑等的製備、表征和構效關係進行了系統深入研究，在認識催化劑性質與催化作用規律方面，取得了重要進展。截止到本項目結題時發表論文30篇（標註論文23篇），受邀在國際會議作大會報告或Keynote演講5次，論文篇均被引用頻率處於國際同領域的前列。主要特色性工作體現在以下方面： 針對甘油脫水製取丙烯醛的多相催化過程，建立了篩選高效催化劑的判據，也即催化劑表面必須擁有酸強度H0（Hammett酸度函式）處在-8.3至-3.0範圍的B酸中心，並且表面鹼性位應儘可能少。此判據已在多個系列的催化劑體系中得到支持。 發現乳酸脫水製取丙烯酸的多相催化過程需要催化劑表面有適當強度的酸性位和鹼性位相共存，提出了相應的酸鹼協同催化機理；酸性占主導的催化劑主要催化乳酸脫羧基/脫羰基生成乙醛的反應，而鹼性占主導的催化劑則主要催化乳酸縮合生成2,3-戊二酮的反應。 發現350度焙燒的鉭酸對甘油脫水生成丙烯醛反應有高效、穩定的催化作用，提出了甘油脫水反應的動力學方程。針對乳酸脫水生成丙烯酸反應的研究發現鹼金屬離子交換的ZSM-5和Beta沸石對於生成丙烯酸具有高選擇性，而且沸石骨架Si/Al比越低催化劑性能越好。 發現負載型納米Au在無鹼條件下對甘油氧化生成二羥基丙酮（DHA）反應具有專一性催化作用，提出了相應的反應機理，並以Au/CuO為催化劑獲得了80%的DHA收率。 發展了一種能在維持Au納米粒子尺寸與形貌（基本）不變的前提下，定量、可控去除其表面殘留高分子保護劑（PVP）的紫外-臭氧處理方法。 以直徑在2-15 nm範圍的一系列準單分散Au納米粒子為基礎，製備了系列Pt-on-Au納米結構催化劑，並在這些樣品中Pt的表面電子結構（d-帶中心）與其催化甲酸電氧化以及氧分子的電還原反應的本徵活性之間建立了關聯.
