限域結(jié)構(gòu)釕金屬及合金納米粒子催化劑材料的制備及催化加氫性能研究.pdf

1、金屬Ru基催化劑在諸多催化反應(yīng)中獲得廣泛應(yīng)用，特別是在芳香族化合物的加氫反應(yīng)中顯示優(yōu)異的催化性能。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)微觀限域結(jié)構(gòu)對金屬納米粒子與其周圍環(huán)境的相互作用方式及催化性能具有重要影響，由此指導人們設(shè)計出新型金屬納米及合金催化劑材料，充分發(fā)揮貴金屬的催化效能，滿足貴金屬催化劑高效利用的實際需求。
　　本論文基于類水滑石(LDHs)主體層板的限域效應(yīng)，采用尿素分解法首先制備了RuMgAl-LDHs催化劑前體，然后通過氫氣氣氛下

2、還原處理得到限域于LDHs層板中的金屬Ru納米粒子催化劑材料。進而，采用原位生長法在γ-Al2O3載體上合成出NiRuAl-LDHs前體，通過氫氣還原處理制備了負載型NiRu雙金屬合金催化劑材料。采用XRD、HRTEM、XPS及STEM-EDS等多種手段對限域結(jié)構(gòu)Ru納米粒子及NiRu合金的晶相組成、表面價態(tài)、形貌等進行表征和分析，進而推測了Ru納米粒子生長機制，探討了微量Ru的摻雜對金屬Ni的還原行為的影響。最后分別將Ru納米粒子催化

3、劑及NiRu合金催化劑應(yīng)用于苯和裂解汽油模擬物的加氫反應(yīng)中，測試催化劑的活性、選擇性及穩(wěn)定性，并探討了催化劑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性能的構(gòu)效關(guān)系。主要的實驗內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)采用尿素分解法制備了高結(jié)晶度的RuMgAl-LDHs催化劑前體，Ru離子均勻分布于水滑石層板中。然后，通過控制氫氣還原處理溫度制備了限域于LDHs層板中的金屬Ru納米粒子催化劑材料。采用HRTEM、STEM等表征研究表明，Ru納米粒子趨向于向LDHs邊緣區(qū)域聚集

4、。此聚集趨勢在恒定pH法制備的小晶粒RuMgAl-LDHs前體中表現(xiàn)的更為明顯，由此制得選擇限域于LDHs邊棱部位的復合型納米金屬Ru/LDHs催化劑材料。將由不同還原溫度制備的Ru/LDHs樣品應(yīng)用于催化苯加氫生成環(huán)己烷反應(yīng)中，在90℃，5MPaH2的反應(yīng)條件下，100℃還原樣品催化性能最佳。主要源于過低的還原溫度不能保證Ru粒子的邊緣遷移，而過高的還原溫度使得Ru顆粒在邊緣聚集長大，降低了金屬分散性。
　　(2)以γ-Al2O

5、3作為載體，采用原位生長法在其上合成了NiRuAl-LDHs前體，通過450℃下氫氣還原處理制備了負載型NiRu雙金屬合金催化劑材料。STEM-EDX、XPS、TPR等測試結(jié)果表明，NiRu雙金屬形成了合金結(jié)構(gòu)，微量Ru的添加提高了Ni2+的還原度，降低了Ni粒子尺寸。將制備的不同Ru含量的負載型NiRu合金催化劑應(yīng)用于苯乙烯催化加氫反應(yīng)中。結(jié)果表明，微量Ru的摻雜明顯提高了Ni催化劑的加氫反應(yīng)性能。推測Ru的添加提高了Ni金屬分散性;