ChemCatChem:WOx物种与载体之间相互作用对Pt-WOx基催化剂性质及甘油合成1,3-丙二醇的影响

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中国科学院山西煤炭化学研究所李德宝研究员团队通过改变SiZr载体表面羟基的类型和数量,深入研究了WOx物种和SiZr载体之间相互作用对Pt-WOx基催化剂性质及其甘油氢解反应性能的影响机制,为高活性Pt-WOx基催化剂设计提供新的视野。

随着全球生物柴油产量不断增加,导致副产物甘油产量过剩,开发甘油下游产品延伸甘油产业链对于缓解甘油过剩的现状具有重要意义。1,3-丙二醇作为合成聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的单体,具有非常高的价值。相对于石油路线和生物发酵路线,甘油氢解制备1,3-丙二醇具有工艺流程简单及操作条件温和等优点,是一条极具吸引力的1.3-丙二醇合成工艺。但受热力学限制,1,3-丙二醇的选择性往往比较低,因此,亟需开发高效催化剂提升1,3-丙二醇的选择性。


Pt-WOx基催化体系因其优异的甘油氢解反应性能而备受关注。该催化体系中,Pt纳米颗粒作为金属中心活化解离氢气,WOx物种作为酸性中心活化甘油,两者需要协同匹配才能高效合成1,3-丙二醇。目前,研究人员主要致力于研究Pt和WOx物种之间的相互作用及WOx物种的赋存状态对反应的影响。然而,载体作为负载型Pt-WOx基催化剂的主要组成,其对催化剂性质的影响往往是不可忽略的。


最近,中国科学院山西煤炭化学研究所李德宝研究员团队通过改变载体表面羟基实现了Pt和WOx物种之间接触位点的调控。他们指出载体表面含有三种不同类型的表面羟基:孤立的端羟基(OHI)、双桥式羟基(OHII)和三桥式羟基(OHIII),但是只有OHII和OHIII(特别是OHIII)可以与WOx物种之间可以产生强相互作用。这种强相互作用一方面促进WOx物种的分散,增加Pt和WOx物种之间接触位点,使催化剂固有的Brønsted酸位点增加;另一方面,WOx物种和载体之间丰富的Zr-O-W键有利于界面Brønsted酸位点的生成,最终提升了1,3-丙二醇的选择性和初始时空收率。该工作阐明了WOx物种和载体之间强相互作用对甘油氢解制备1,3-丙二醇催化剂性能的影响机制,可为高效甘油氢解催化剂设计提供理论依据。

文信息

Insight into the Influence of WOx-Support Interaction over Pt/W/SiZr Catalysts on 1,3-Propanediol Synthesis from Glycerol

Junxiu Zhao, Prof. Bo Hou, Prof. Heqin Guo, Prof. Litao Jia, Dr. Pengyu Niu, Congbiao Chen, Prof. Hongjuan Xi, Prof. Debao Li, and Prof. Jianli Zhang


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202200341


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