《高活性K-Co-Mo/C催化劑合成醇活性位結構及催化反應機理研究》是依託中國科學技術大學，由鮑駿擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高活性K-Co-Mo/C催化劑合成醇活性位結構及催化反應機理研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：鮑駿
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在CO加氫合成醇反應中，鉬基催化劑因具有反應條件溫和、抗硫中毒能力強等特點而受到關注。但在將該體系推向實用化方面，尚存在合成醇活性尤其是C2+醇選擇性偏低的問題,對於鉬基催化劑合成醇活性位結構和催化機理的認識仍面臨一系列問題需要研究。本課題組在先前研究中，採用溶膠-凝膠法製備了一種高活性的K-Co-Mo/C合成醇催化劑。本項目擬在此基礎上，採用同步輻射原位EXAFS研究在實時反應條件下K-Co-Mo/C催化劑活性組分存在狀態及相互作用；採用原位漫反射紅外光譜研究在實時反應條件下K-Co-Mo/C催化劑表面吸附態物種及反應中間體；並結合其他研究手段，在各種表徵實驗數據基礎上，闡明鉬基催化劑合成醇活性位結構和反應機理，為高效合成醇催化劑的設計、製備及實用化提供理論和實驗依據。項目研究擬與日本富山大學合作，結合雙方優勢，共同培養研究生。
結題摘要
本項目計畫採用溶膠-凝膠法製備K-Co-Mo合成醇催化劑，利用同步輻射、原位漫反射紅外等手段系統研究催化劑活性位結構和反應機理，揭示其構效關係，為高效合成醇催化劑的設計、製備提供理論依據。項目通過3年研究，完成了擬定的各項工作計畫，主要研究成果如下： (1) 研究了Co助劑對K-Co-Mo催化劑結構影響。對氧化態催化劑，Mo物種主要是以Mo6+和Mo4+形式存在。少量Co的加入能促進催化劑的分散、減小粒子尺寸，過量Co的加入導致CoMoO3相的形成。還原後催化劑結晶度明顯增強，適量Co的加入有利於MoO2的還原，形成Moδ+ (1＜δ＜4)物種。其中，Co/Mo=0.5時，催化劑表面Moδ+物種含量最高。 (2) 研究了還原溫度對K-Co-Mo催化劑結構的影響。還原溫度升高促進了MoO2的生成，當還原溫度為773 K時催化劑表面Moδ+含量最高；進一步提高還原溫度會造成催化劑燒結。此外，還原溫度升高會導致部分Co物種進入催化劑的體相。 (3) 利用原位DRIFTS研究了合成氣在催化劑表面的吸附態及反應中間體。Co的加入能促進CO在催化劑表面的吸附。當Co/Mo摩爾比為0.5、還原溫度為773 K 時，CO在Moδ+上的吸附最強。結合活性數據，認為催化劑表面的Moδ+物種可能是合成醇的活性中心。原位反應研究結果表明合成氣在K-Co-Mo催化劑表面產生的主要物種有CH4、CH3OH、低碳烷烴及低碳醇等。 (4) 採用溶膠-凝膠法結合等體積浸漬製備了一系列活性炭負載的K-Co-Mo/AC催化劑，其具有優良的合成醇性能。在573 K，5.0MPa，2400h-1，H2/CO為2條件下，合成醇的STY達到170.2 g•kg-1•h-1，選擇性為42.0%，MeOH/C2+OH降低至0.40，綜合反應性能與文獻報導的類似體系相比處於先進水平，具有潛在的套用前景。 (5) 利用同步輻射XAFS技術系統研究了Mo物種在活性炭表面的化學態和局域結構。在Mo負載量較低時，載體表面的Mo原子主要以四面體配位的Mo6+物種存在，且以單層分散在表面。隨Mo負載量的增加，表面Mo原子配位環境逐漸由四面體結構轉向八面體結構，與活性炭表面直接連線的Mo原子是四面體配位的Mo6+物種。隨Mo負載量的增加，其逐漸變成八面體配位的Mo4+物種。結合活性測試數據，對催化劑合成醇反應的構效關係進行了探討。
