Regulating oxygen defects via atomically dispersed alumina on Pt/WOx catalyst for enhanced hydrogenolysis of glycerol to 1,3-propanediol

来源:  时间:2022-06-27  点击数:

期刊名称:Applied Catalysis B: Environmental

影响因子:19.503

作者:杨曼,吴可莹,孙少东,任煜京

论文介绍:

将生物柴油工业的副产物甘油(丙三醇)转化为高附加值的1,3-丙二醇具有广阔的工业应用前景,已成为国际关注的热点。但在目前研究最多的Pt-WOx催化体系中,受困于其复杂体相结构和表面性质,影响催化性能的本质因素尚不明晰,限制了催化剂的进一步发展。针对此问题,本文设想以氧化钨(WO3)为载体,负载金属Pt纳米颗粒,向该体系中引入合适的助剂,在不改变Pt和氧化钨体相结构(分散度)的情况下,探究影响催化性能的关键因素。首先,向Pt/WOx催化剂中引入原子级分散的氧化铝(AlOx)助剂,根据电镜等表征确认在其体相结构没有被改变的情况下,催化性能提升为原来的两倍,且具有优异的稳定性。接着,通过CO-DRIFTSin-situ XPSRamanUV-vis等光谱表征分析催化剂表面性质,发现氧化钨表面修饰的原子级分散的AlOx削弱了Pt-WOx之间的金属载体强相互作用(SMSI),导致Pt暴露面积增大,从而在氢气还原过程中,暴露的金属Pt促进了氧化钨的还原,形成更多氧空位。在此基础上,采用H2-TPR1H-NMR定量表征氢气氛围下原位产生的氧空位数量,并将其与1,3-丙二醇选择氢解反应性能进行关联。以计算所得的氧空位数量(3-x)为横轴,以1,3-丙二醇收率为纵轴作图可发现催化剂的氧空位数量与1,3-丙二醇收率呈线性正相关。最后,借助in-situ ATRPy-IRNH3-TPDH2化学吸附等表征,阐明了氧空位介导的甘油选择氢解性能提升机理:一方面氧空位促进了甘油端羟基的吸附,另一方面促进了原位Bronsted酸(H+)的生成。本研究不仅首次揭示了原子级分散氧化铝助剂对甘油选择氢解反应的促进作用,更首次建立了Pt/WOx催化剂中氧化钨氧空位与1,3-丙二醇收率之间的定量线性正相关模型,阐明了氧空位介导的甘油选择氢解性能提升机理,为生物质多元醇C-O键选择氢解反应提供了缺陷工程的新策略。该研究成果发表在中科院SCI一区TOP期刊Applied Catalysis B: Environmental上。

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