LaPO4/Ni2P催化剂的制备及其热催化加氢和光催化原位产氢加氢性能研究

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基于涉氢催化转化反应如热催化加氢、光催化加氢等反应的广阔应用前景,就相关催化工艺进行革新和提升长久以来都是学界和工业界的研究热点之一,其中开发性能优异、稳定耐用、绿色廉价的新型催化剂一直是核心目标。就这一目标,针对目前主流金属催化剂的缺陷,并结合本课题组前期探索工作,本研究以含La、Ni及P的前体化合物经水热合成体系构建出了 LaPO4/Ni2P复合结构材料,首先考察了这类材料对热催化加氢反应如乙酰丙酸催化加氢反应的性能;在此基础上,考虑到LaPO4/Ni2P具有半导体性质,该复合界面可能具备快速转移光生电子/空穴的潜力,因此进一步探索了这类材料在染料敏化条件下的光催化产氢性能,及以光催化所产氢为氢源进行原位加氢反应性能,期望探明LaPO4/Ni2P复合界面在进行热催化加氢及光催化原位产氢加氢应用方面的潜力,由这两类反应测试明确LaPO4/Ni2P复合结构材料在涉氢催化转化反应中的组成-结构-性能关系,具体研究结果如下:1:结合XRD、SEM、TEM、XPS、TPR等表征手段,表明将不同摩尔比的La、Ni 及 P 的前体化合物如 La(NO3)3·6H2O,Ni(NO3)2·6H2O 和(NH4)2HPO4,在180℃水热条件下反应24h所得的沉淀物,经焙烧还原后就可方便得到一系列摩尔比(m)不同的(LaPO4)m/Ni2P复合催化剂。2:将合成的(LaPO4)m/Ni2P催化剂用于催化乙酰丙酸加氢反应,在110℃,4 MPa,2h的条件下,(LaPO4)m/Ni2P复合催化剂可以实现乙酰丙酸的完全转化,对目标产物γ-戊内酯实现98.2%的产率,通过化学吸附分析,表明LaPO4具有优异的氢活化能,而Ni2P可对乙酰丙酸进行活化,由这两种组分的协同催化作用实现了不亚于贵金属催化剂的加氢催化性能,同时由循环测试表明(LaPO4)m/Ni2P复合催化剂结构稳定,廉价环保,因此可以认为(LaPO4)m/Ni2P表明这是一类具有应用潜质的热催化加氢反应催化剂。3:将合成的(LaPO4)m/Ni2P催化剂用于光催化分解水制氢反应中,在以曙红为敏化剂条件下产氢性能可达110 μmol/h,将该催化剂用于光催化硝基苯原位产氢加氢反应中,在硝基苯4 mmol,敏化剂曙红4×104 mol/L,牺牲剂三乙醇胺10 ml,水90 ml的条件下,光照6个小时,实现了硝基苯90%以上的转化率,并且其平均每小时产氢2.5 μmol,表明在该催化剂上可以实现将光催化所产氢作为氢源进行原位加氢反应,相对于热催化以高压氢气作为氢源,这一特点更具有应用前景而值得深入研究。
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