负载型 Au基催化剂在工业过程中具有非常广泛的潜在应用,如催化加氢/脱氢过程、精细化学品合成、能源催化转化及环境保护等过程,表现出很高的催化活性和选择性. Au基催化剂活性物种或活性中心基本由纳米粒子或化合物构成,但在应用过程中因 Ostwald熟化效应或粒子迁移作用,尤其是高温高压等苛刻反应条件下,均随应用时间延长从小尺寸粒子逐渐长为大粒子,造成活性降低或完全失活,这也是负载型催化剂失活的最主要原因之一.其中因成本、稀缺等特性,负载型 Au催化剂的烧结问题是影响和制约其应用的主要因素.除可通过载体改性、助剂和官能团配位稳定等方法来延缓其失活过程外,对已烧结催化剂的高效、快捷和绿色的再分散/再生过程也具有基础和应用研究的重要意义.活性炭载 Au催化剂(Au/AC)广泛应用于乙炔氢氯化反应中,以期替代高毒性的汞基催化剂,但在反应过程中因高活性的 Au3+物种易被还原而形成 Au0物种进而烧结导致失活；如新鲜 Au/AC催化剂表面的 Au粒子尺寸为1-2 nm,经乙炔氢氯化反应后变为33 nm左右；随之在453 K、0.1 MPa、乙炔体积空速(GHSV)为600 h-1、氯化氢与乙炔摩尔比为1.1的反应条件下,乙炔转化率从81.8%降至11.2%.如何有效对大粒子 Au再分散/再生可为其应用提供有力支撑.有研究表明,气相 CH3I在甲醇羰基化反应过程中明显改变 Au/AC表面的 Au粒子尺寸；或采用浓盐酸或王水也可将烧结的 Au/AC催化剂进行再分散/再生.但已有的 Au基催化剂再分散/再生过程均伴随着强酸、强氧化或高毒性在分散剂的应用,对环境的影响及后续处理有明显的局限性,且再分散机理尚不明确.在前期工作基础上,本文采用系列卤代烃(碘代烃、溴代烃和氯代烃)对烧结的 Au/AC进行再分散/再生研究.结果表明,在室温常压条件下 CHI3可以快捷高效地对烧结 Au/AC催化剂进行再分散/再生,具有最优的再分散性能；通过对系列碘代烃 C-I键的解离能分析,发现 C-I解离能越低越有利于大粒子 Au的再分散.同时,溴代烃和氯代烃对烧结的 Au/AC催化剂也具有再分散能力,但比碘代烃的再分散效率低. C-X键的解离能与再分散效率有高相关性,即 C-X键的解离能越低越有利于 Au的再分散.总体上,三类卤代烃再分散效率高低顺序为 C-I＞C-Br＞C-Cl.进而,通过不同分散过程中 Au粒子分散状态推测了卤代烃对 Au粒子的再分散机理,即卤代烃先在 Au粒子表面化学吸附,然后 C-X键解离,形成 Au-X物种,小粒子 Au在 AC表面聚集并稳定,最后形成高分散 Au粒子(粒径<1 nm)催化剂.以乙炔氢氯化反应考察了再生 Au/AC催化剂性能,结果表明,该催化剂上乙炔转化率可达79.4%,基本恢复至初始水平,且该方法可对失活催化剂进行多次高效再生.
Disintegration or redispersion of supported sintered gold nanoparticles (Au NPs) in the presence of alkyl halide can give catalyst regeneration or redispersion of sintered Au catalysts. The selectivity of alkyl halides, temperature and size distributions were investigated to elucidate the redispersion of Au NPs during halide‐induced decomposition. This study proved that the alkyl halide induced the redispersion of sintered Au NPs which depended on the R–X (X=I, Br, Cl) bond dissociation energy (BDE) and thus provided a simple descriptor for the regeneration of inactive supported Au cata‐lysts. A correlation between the BDE of R–X and dispersion efficiency was established. The tendency for disintegration and redispersion followed the R–X BDE of the alkyl halide. Compared to alkyl chlorides and bromides, iodides were more efficient for redispersing sintered Au NPs. As a de‐scriptor, the BDE of R–I played a crucial role in particle redispersion. These findings provided in‐sights into the mechanism of organic halide‐induced Au NP disintegration and the effect of the hal‐ide type on the redispersion of sintered catalysts.
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