可控碳改性Pd/TiO2用于直接合成双氧水: 非均相界面对催化性能的影响

• 作者: 严伟 刘畅 孙睿 李力成 李蒙 杨祝红 花泽林 陆小华
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: H2O2直接合成 二氧化钛 炭 非均一界面改性 钯
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 325-337
• 页数: 13页
• 字数: 1212字
• 语种: 中文
• DOI: S1872-2067(19)63412-1

摘要

双氧水(H2O2)是一种重要的绿色氧化剂, 广泛应用于纺织、医疗、废水处理、军事等重要领域. 目前, H2O2的工业生产以蒽醌法为主, 该法设备投资大、运行成本高, 同时工艺涉及大量的有机溶液, 活性中间体蒽醌也会发生缓慢降解, 产生有毒副产物. 与蒽醌法相比, 通过负载型贵金属催化剂催化H2与O2反应直接合成H2O2, 过程绿色环保且生产工艺简单, 引起了各界广泛关注. 然而, 从热力学上分析, H2和O2更容易反应生成H2O, H2O2只是该反应的中间产物, 会继续发生加氢和直接分解反应生成H2O, 导致H2和O2的低效利用, 开发高H2O2选择性且高反应效率的催化剂已成为氢氧直接合成H2O2研究的重点与难点. 目前大部分研究策略旨在通过调控或影响反应中心结构、价态来抑制H2O2的副反应, 进而提升H2O2的选择性和反应效率; 尽管已取得了良好的进展, 但仍需发展新的调控策略来满足工业应用的要求. 本课题组前期研究表明, 促使H2O2从催化剂上脱附可以有效地提升H2O2的选择性和产率. 相比于针对反应中心的调控, 不稳定的H2O2从催化剂上快速脱附同样起到抑制H2O2参与副反应的作用. 为此, 本文提出一种炭量可控的非均一界面改性方法, 以常规的Pd/TiO2作为研究对象, 借助各种结构表征, 发现炭物种在TiO2表面呈非均一分散状态, 而且改性对于催化剂的几何结构影响较小; 另外, 催化剂表面的疏水性会随着碳含量的增加而增加, 导致其与H2O2间的吸附能相应变小.反应结果显示, 表面非均一的炭化改性技术可以显著提升Pd/TiO2催化剂的H2O2选择性和产率. 通过构效关系分析, 可知这种改性技术可以保持Pd颗粒与TiO2间相互作用的同时, 还可以促进H2O2的快速脱附, 进而提升改性Pd/TiO2催化剂的H2O2直接合成效率. 该改性方法简单、易控, 可拓展应用到其他类型催化剂的H2O2直接合成性能调控与改进.