铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢

苯乙烯是一种非常重要的化工原料, 它是工业上生产聚苯乙烯、树脂和丁苯橡胶的重要单体, 而苯乙烯单体中经常含有苯乙炔杂质, 影响苯乙烯的聚合性能, 因此研究苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯具有十分重要的工业意义. 传统的热催化苯乙炔加氢反应会用到易燃易爆的氢气, 引起操作的危险性, 因此, 开发具有环境友好型的加氢反应体系具有很重要的意义. 光催化加氢反应利用光生电子强的还原能力, 还原质子产生活性的氢物种加氢, 相较于传统的热催化使用氢气作为加氢源加氢, 能够在温和的条件下实现高选择性加氢. 基于此, 本文利用Pt/TiO2作为光催化剂, 甲醇作为加氢源实现了在385 nm单波长光照下苯乙炔的高选择...

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Published in催化学报 Vol. 41; no. 4; pp. 601 - 608
Main Authors 连菊红, 柴玉超, 祁育, 郭向阳, 关乃佳, 李兰冬, 章福祥
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 南开大学, 材料科学与工程学院, 国家新材料研究院, 天津300350 2020
中国科学院大连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, 洁净能源国家实验室(筹),能源材料化学协同创新中心, 辽宁大连116023%南开大学, 材料科学与工程学院, 国家新材料研究院, 天津300350%中国科学院大连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, 洁净能源国家实验室(筹),能源材料化学协同创新中心, 辽宁大连116023
Subjects
Selective Hydrogenation
铂
Cocatalyst
二氧化钛
Photocatalysis
选择性加氢
光催化
Titania
苯乙炔
Phenylacetylene
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ISSN0253-9837

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Summary:苯乙烯是一种非常重要的化工原料, 它是工业上生产聚苯乙烯、树脂和丁苯橡胶的重要单体, 而苯乙烯单体中经常含有苯乙炔杂质, 影响苯乙烯的聚合性能, 因此研究苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯具有十分重要的工业意义. 传统的热催化苯乙炔加氢反应会用到易燃易爆的氢气, 引起操作的危险性, 因此, 开发具有环境友好型的加氢反应体系具有很重要的意义. 光催化加氢反应利用光生电子强的还原能力, 还原质子产生活性的氢物种加氢, 相较于传统的热催化使用氢气作为加氢源加氢, 能够在温和的条件下实现高选择性加氢. 基于此, 本文利用Pt/TiO2作为光催化剂, 甲醇作为加氢源实现了在385 nm单波长光照下苯乙炔的高选择性加氢.首先, 我们利用光沉积的方法将Pt负载在TiO2的表面, 通过透射电子显微镜图像和紫外可见吸收光谱表征了负载在TiO2表面Pt的颗粒分布和光学性质. 结果表明负载的Pt的颗粒大约在5 nm左右, Pt的负载改变了TiO2在可见光区的吸收性能. XPS结果显示, 通过光沉积得到的Pt的价态为金属态和氧化态共存. 光催化苯乙炔加氢实验表明, Pt/TiO2催化剂在室温常压条件下不仅具有高的苯乙炔光催化转化率, 当光照达8 h后, 苯乙炔完全转化, 而且在6 h之内苯乙烯选择性保持在91.3%, 具有高的苯乙烯选择性. 通过对负载的Pt的含量进行了优化, 筛选出当Pt的负载量为1 wt%时, 苯乙炔的转化率最高. 为了对比, 利用传统热催化的方法氢气作为加氢源进行了苯乙炔加氢实验, 结果发现, 使用氢气作为加氢源时, 虽然苯乙炔的转化率为100%, 但产物是过加氢的产物乙苯. 这主要是因为在光催化反应过程中, TiO2导带上的电子迁移至Pt颗粒上, 导致Pt的电子密度增加, Pt颗粒表面高的电子密度有利于加氢中间产物苯乙烯的脱附, 因此, 在光催化加氢过程中不会发生过加氢反应, 具有高的苯乙烯选择性. 同时, 扩展实验表明, Pt/TiO2光催化剂对其他类型的炔烃加氢也具有高的选择性, 表明Pt/TiO2光催化炔烃加氢具有普适性. 由此可见, 光催化炔烃加氢未来将成为一种环境友好而高效的方法.
ISSN:0253-9837