摘要：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.

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