Sb对Pd基催化剂用于常压直接合成H2O2的促进效应

• Published in: 催化学报 Vol. 39; no. 4; pp. 673 - 中插6
• Main Authors: 丁豆豆, 徐兴妍, 田鹏飞, 刘向林, 徐晶, 韩一帆
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 郑州大学化工与能源学院多相催化工程科学研究中心,河南郑州450001 2018; 华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海,200237%华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237
• Subjects: 双金属催化剂; 过氧化氢; 锑; Hydrogen peroxide; Direct synthesis; Antimony; 直接合成; Palladium; Bimetallic catalyst; 钯
• ISSN: 0253-9837; 1872-2067
• DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63031-1

H2O2作为一种高效绿色氧化剂, 广泛应用于造纸、纺织、水处理等工业领域. 目前蒽醌法是工业上生产 H2O2的主要方法, 相比之下, 利用 H2和 O2直接合成 H2O2, 能耗低, 污染小, 适合与下游工艺技术进行耦合. 而缺乏高性能催化剂是制约直接法合成 H2O2工业化的主要原因. 本文通过浸渍法制备了一系列负载型 Pd-Sb/TiO2双金属催化剂, 并用于常压下H2O2直接催化合成反应. 利用透射电子显微镜 (TEM), X 射线光电子能谱 (XPS), H2/O2程序升温脱附 (H2/O2-TPD), X 射线衍射 (XRD), 原位 CO 吸附的傅里叶变换漫反射红外光谱 (CO-DRIFTS) 等手段对催化剂的电子和几何结构进行解析, 深入研究了助剂 Sb 对该体系的促进作用.结果显示, 与单金属 Pd 催化剂相比, 适量金属 Sb 的加入有效提高了催化性能, 抑制了副反应的发生. 当 Pd/Sb 摩尔比为 50/1(Pd50Sb) 时, H2O2的选择性高达 73%; 但是当 Pd/Sb 为 2 时, 催化剂对生成 H2O2几乎没有活性. TEM 和 XRD 证明, Sb 的加入显著促进了 Pd 颗粒在载体 TiO2上的分散. XPS 和 H2-TPD 实验, 发现, Sb 改变了催化剂表面 Pd2+/Pd0的比例, 抑制了金属 Pd 的氧化; 同时, Sb 主要以氧化态存在, 在催化剂表面形成 Sb2O3氧化层, 覆盖表面的 Pd 活性位, 从而抑制了反应中 H2在催化剂表面的活化以及 H2O2加氢副反应的发生. O2-TPD 结果表明, 随着 Sb 的加入, O2的脱附峰明显减弱, 表明 Pd-Sb/TiO2不利于 O2的解离吸附. 此外, 原位 CO-DRIFTS 实验结果表明, Sb 均匀分布在 Pd-Sb 催化剂表面, 致使有利于生成 H2O 的连续 Pd 活性位明显减少, 而有利于合成 H2O2的单个 Pd 原子活性位明显增加.总的来说, Sb 对 Pd 表面起到了显著的修饰作用, 提高了催化剂表面 O2的非解离活化, 从而促进了 H2O2的高选择性合成. 但是过量 Sb 的加入会抑制催化剂对 H2的活化作用, 致使催化剂活性下降, 因此优选 Pd/Sb 的比例对于提高催化剂性能具有重要作用.