活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　銠在主要用于催化還原或加氫甲酰化反應(yīng)。這種金屬的非常重要的應(yīng)用包括催化轉(zhuǎn)化器中氮氧化合物還原為氮?dú)夂脱鯕猓�或甲醇，一氧化碳和氫氣合成乙酸。在最近的一�?xiàng)研究中，我們證明了在活性炭內(nèi)載入銠納米顆粒可以是用于芳基醇氧化的氧化催化劑。特別是，在含有水的雙相體系存在下觀察到強(qiáng)催化活性，在這種情況下，銠可以是與包含金屬如金，鈀和鉑金的更常見催化體系競爭的氧化催化劑。因此我們有意改變的銠納米顆粒的顆粒尺寸分布，目的是研究活性炭改變的結(jié)構(gòu)與催化活性的相關(guān)性。

　　在未處理的活性炭載體上制備的載銠活性炭的催化活性

　　圖1所示，對于我們的銠活性炭催化劑，如果在布朗斯臺德酸中心存在下，芐醇氧化成苯甲醛可能發(fā)生平行反應(yīng)：(a)苯甲醇氧化成苯甲醛(不需要酸中心)和副產(chǎn)物形成水。(b)兩分子芐醇縮合形成一分子二芐基醚，并除去水分子。(c)芐基化反應(yīng)，包括從芐醇向甲苯分子中加入芐基碳陽離子(未顯示)，并除去水分子以形成甲基-二苯基甲烷異構(gòu)體等。

　　圖1：載銠活性炭催化劑和未處理的活性炭在甲苯中氧化芐醇的催化試驗(yàn)。

　　透射電子顯微鏡，粒徑和分布

　　粒徑的變化在許多催化應(yīng)用中是至關(guān)重要的，并且使用硝酸的原理正是為了誘導(dǎo)這些變化。為了通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該假設(shè)，對于所有九種載銠活性炭催化劑，通過TEM系統(tǒng)地評估Rh納米顆粒的粒度和分布。

　　還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，由于活性金屬組分的極端分散，這些樣品的透射電子顯微鏡分析并不是微不足道的，其在表面積大約為1的材料上呈現(xiàn)1wt%的金屬負(fù)載。然而，我們能夠收集每個(gè)活性炭包含200個(gè)顆粒的圖像，因此適用于統(tǒng)計(jì)目的和對我們的結(jié)果進(jìn)行有意義的數(shù)據(jù)分析。每種催化劑的代表性TEM圖像以及它們的粒度分布示于圖2(A-1)中。

　　圖2：代表性的透射電子顯微鏡圖像和銠納米粒子的粒度分布直方圖。

　　活性炭內(nèi)銠粒徑范圍和活性

　　很明顯，這些粒徑范圍非常寬，我們認(rèn)為考慮這樣的大顆粒對氧化反應(yīng)具有活性是不現(xiàn)實(shí)的。在其它術(shù)語中，因子或參數(shù)是該預(yù)治療效果有在銠粒子的大小，但另外一個(gè)因素或參數(shù)是在銠粒徑變動(dòng)的影響對催化活性。圖3值得注意的是，對于高于約的顆粒。30-40nm不再觀察到與催化轉(zhuǎn)化的變化或相關(guān)性，表明粒度不再是活性參數(shù)。我們認(rèn)為該值是銠對芐醇氧化的活性的近似上限直徑，或者反過來對該反應(yīng)有活性要求小于約30納米。我們認(rèn)為這個(gè)結(jié)論雖然是一個(gè)廣泛的估計(jì)，但與未來基于這種金屬的催化劑開發(fā)相關(guān)。

　　圖3：所有載銠活性炭的總轉(zhuǎn)化率與平均銠粒徑

　　載銠活性炭催化劑的X射線光電子能譜

　　在我們的案例中，我們對所有9種活性炭催化劑進(jìn)行了詳細(xì)的X射線光電子能譜分析。但是，我們應(yīng)該注意到，就表面原子組成而言，沒有檢測到信號。我們將此結(jié)果歸因于銠的固有低信號，并且我們的銠中心極其分散在我們的碳基質(zhì)中，反過來非常低的暴露金屬部分用于有意義的檢測，X射線粉末衍射儀分析也證實(shí)了這一點(diǎn)。

　　圖4：Xs光譜，模擬和C1s區(qū)域的峰擬合。

　　在目前的工作中，我們已經(jīng)證明銠可能具有用于將苯甲醇氧化成苯甲醛的潛力。通過使用直接浸漬方案和活性炭作為載體，強(qiáng)金屬載體相互作用能夠影響銠納米顆粒的最終顆粒尺寸和分布，從而影響這些材料的最終活性。

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