高性能Pt-Mo/AC催化剂：煅烧条件的探索及在催化硬脂酸甲酯原位加氢中的应用
杨微1，郑雨欣1，吴可荆*2，朱英明2，刘颖颖2，鲁厚芳1,2，梁斌1,2
（1. 四川大学化学工程学院，四川成都 610065；2. 四川大学新能源与低碳技术研究院，四川成都 610207）
由于能源危机和温室效应，生物燃料作为化石燃料的替代品已经引起了全世界的广泛关注。以硬脂酸甲酯为模型化合物和甲酸（FA）为氢供体，探索了活性碳（AC）负载的Pt-Mo双功能催化剂的煅烧条件及其在催化硬脂酸甲酯原位加氢反应中的应用。结果表明：N2煅烧气氛能够增强Pt和Mo的相互作用，从而促进低氢供体用量条件下的反应活性；煅烧温度主要影响Mo组分的晶相和Pt-Mo相互作用，在750 ℃煅烧的Pt-Mo/AC-750催化剂在低氢供体用量（n（FA）∶n（硬脂酸甲酯）=3.9）下目标产物总收率达到95.4%，TON达到59.96 h-1。MoOxCy的存在和强烈的Pt-Mo相互作用是Pt-Mo/AC-750催化剂高活性的原因。循环实验表明，催化剂表面活性位掩盖是导致活性降低的主要原因，将重复四次的催化剂通过750 ℃煅烧4 h再生后，目标产物总收率从45.8%恢复到86.2%。随着经济的飞速发展，世界各国对能源的需求日益增加。化石能源的日益枯竭和使用过程中带来的环境问题，使寻求绿色可再生的替代能源成为人类可持续发展的重要需求。油脂及其衍生物是一种理想的能源替代品，但由于其组分氧含量太高限制了其作为发动机燃料的应用。加氢脱氧是油脂及其衍生物转化为高能量密度的烷烃类燃料的主要途径。然而，加氢脱氧反应H2消耗量大，利用效率低，且H2在储存、运输和使用存在极大的安全隐患。用绿色可再生氢供体替代H2的原位加氢反应可以解决上述H2使用存在的问题。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 催化剂制备
1.3 催化剂性能测试
在反应釜中加入20 mL正己烷、0.67 mmol硬脂酸甲酯、2.6 mmolFA和200 mg催化剂后密封反应釜，在500 r/min的磁力搅拌下加热至290 ℃，反应2 h；待反应釜冷却至室温，释放压力后打开，收集液相反应混合物，通过离心得到上层溶液与下层催化剂。下层催化剂用正己烷清洗3次，所得溶液与上层溶液一起用0.45 mm微孔有机滤膜进行过滤得到产品溶液，总体积为50 mL，最后加入100 mg二十四烷作为内标物。2 结果与讨论
2.1 XRD分析
图1所示为不同催化剂的XRD图谱。如图1a所示，不同煅烧气氛的Pt-Mo/AC催化剂的物相组成不同。2.2 BET分析
图2所示为催化剂的N2吸附/脱附等温线和孔径分布曲线，催化剂的理化性质列于表1。2.3 Raman分析
图3a所示为不同煅烧温度Pt-Mo/AC催化剂的Raman图谱。2.4 NH3-TPD分析
图3b所示为不同煅烧温度Pt-Mo/AC催化剂的NH3-TPD图谱。2.5 XPS分析
为了研究不同煅烧温度Pt-Mo/AC催化剂表面元素化学状态，对其进行XPS测试，如图4所示。2.6 SEM分析
Pt-Mo/AC-800-CH4/H2和Pt-Mo/AC-800-H2催化剂的表面形貌结构与AC载体相似（图5）。2.7 催化性能分析
3 结论
本文以FA为氢供体，研究了Pt-Mo/AC催化剂的煅烧条件及其在催化硬脂酸甲酯原位加氢反应中的应用。通过催化剂表征、活性测试和稳定性测试可知，N2气氛煅烧有助于增强Pt-Mo相互作用，是最佳煅烧气氛。煅烧温度主要影响Mo组分的晶相和Pt-Mo相互作用；在低n（FA）∶n（硬脂酸甲酯）=3.9时，Pt-Mo/AC-750催化剂催化性能最优，其目标产物总收率达到95.4%，TON达到59.96 h-1；过渡MoOxCy物种的存在和强烈的Pt-Mo相互作用是Pt-Mo/AC-750高催化活性的原因。随着催化剂重复使用次数增加，Pt-Mo/AC-750催化剂的催化活性逐渐降低；将重复四次的催化剂通过750 ℃煅烧4 h再生后，目标产物总收率从45.8%恢复到86.2%，证实表面覆盖是主要的失活原因。
引用本文：杨微，郑雨欣，吴可荆，等.高性能Pt-Mo/AC催化剂：煅烧条件的探索及在催化硬脂酸甲酯原位加氢中的应用[J].化学试剂, 2021, 43(11): 1457-1465.
