负载型纳米金属催化剂制备及其在CO2加氢反应中的应用研究

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二氧化碳(CO2)是廉价、无毒、丰富的C1资源,将CO2转化为化学品具有重要的理论和实际意义。本论文对CO2转化的研究进展进行了综述,制备了一系列负载型纳米催化剂,并用于催化CO2加氢制备甲酸甲酯(MF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇等,具体研究内容和结果如下:  1.制备了多种不同载体负载的Au纳米催化剂,并对其进行了表征,研究了催化剂对CO2、 H2和CH3OH反应制MF以及CO2、H2和二甲胺反应制备DMF的催化性能,考察了各种条件对反应的影响。结果表明,Au/ZrO2催化剂具有很高的催化活性和选择性。对于合成MF,在无碱性添加剂条件下反应可以顺利进行,在优化的条件下,生成MF的转化频数(TOF)和甲醇的平衡转化率分别为102 h-1和5.4%。在合成DMF的反应中,在相对温和的反应条件下(140℃,总压为6 MPa),DMF的TOF值和平衡收率分别为830 h-1和96%。根据实验结果,提出了可能的反应机理。此工作为MF和DMF的合成提供了新的思路。  2.研究了负载型Au纳米催化剂对CO2加氢合成甲醇反应的催化性能,考察了温度、反应溶剂、载体和Au颗粒尺寸等对反应的影响。结果表明,Au/ZrO2纳米催化剂具有很高的催化活性。在140-240℃范围内,随温度升高,CH3OH的选择性先升高、后降低,CH4的选择性随温度升高而增大,CO的选择性呈下降趋势。在优化反应条件下,甲醇的选择性达到60%。这一合成路线具有催化剂活性高、反应条件温和等优点。  3.利用原位还原法制备了CeO2负载的贵金属(金、银、钯、铂和钌)纳米催化剂,并对其进行了详细表征。该方法制得的Ru/CeO2催化剂在CO2、H2和二甲胺反应合成DMF中表现出良好的催化活性,在140℃、6 MPa下,合成DMF的TOF值和平衡收率分别为180 h-1和92%。该催化剂制备方法简单,金属纳米颗粒尺寸分布均匀,制得的催化剂活性高,反应条件温和。
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