铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢

doi:10.1016/S1872-2067(19)63453-4

催化学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (4): 598-603.DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63453-4

• 中国科学院青年创新促进会专栏 • 上一篇下一篇

铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢

连菊红^a,b, 柴玉超^a, 祁育^b, 郭向阳^b, 关乃佳^a, 李兰冬^a, 章福祥^b

a 南开大学, 材料科学与工程学院, 国家新材料研究院, 天津 300350;
b 中国科学院大连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, 洁净能源国家实验室(筹), 能源材料化学协同创新中心, 辽宁大连 116023

收稿日期:2019-11-11 修回日期:2019-11-30 出版日期:2020-04-18 发布日期:2019-12-12
通讯作者: 李兰冬, 章福祥
基金资助:
国家自然科学基金（21633009）；大连市杰出青年科学基金项目（2017RJ02）；兴辽人才计划（XLYC1807241）.

Unexpectedly selective hydrogenation of phenylacetylene to styrene on titania supported platinum photocatalyst under 385 nm monochromatic light irradiation

Juhong Lian^a,b, Yuchao Chai^a, Yu Qi^b, Xiangyang Guo^b, Naijia Guan^a, Landong Li^a, Fuxiang Zhang^b

a School of Materials Science and Engineering, National Institute for Advanced Materials, Nankai University, Tianjin 300350, China;
b State Key Laboratory of Catalysis, iChEM, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian 116023, Liaoning, China

Received:2019-11-11 Revised:2019-11-30 Online:2020-04-18 Published:2019-12-12
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21633009), Dalian Science Foundation for Distinguished Young Scholars (2017RJ02), and the Liaoning Revitalization Talents Program (XLYC1807241).

摘要/Abstract

摘要： 苯乙烯是一种非常重要的化工原料，它是工业上生产聚苯乙烯、树脂和丁苯橡胶的重要单体，而苯乙烯单体中经常含有苯乙炔杂质，影响苯乙烯的聚合性能，因此研究苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯具有十分重要的工业意义.传统的热催化苯乙炔加氢反应会用到易燃易爆的氢气，引起操作的危险性，因此，开发具有环境友好型的加氢反应体系具有很重要的意义.光催化加氢反应利用光生电子强的还原能力，还原质子产生活性的氢物种加氢，相较于传统的热催化使用氢气作为加氢源加氢，能够在温和的条件下实现高选择性加氢.基于此，本文利用Pt/TiO₂作为光催化剂，甲醇作为加氢源实现了在385nm单波长光照下苯乙炔的高选择性加氢.
首先，我们利用光沉积的方法将Pt负载在TiO₂的表面，通过透射电子显微镜图像和紫外可见吸收光谱表征了负载在TiO₂表面Pt的颗粒分布和光学性质.结果表明负载的Pt的颗粒大约在5nm左右，Pt的负载改变了TiO₂在可见光区的吸收性能.XPS结果显示，通过光沉积得到的Pt的价态为金属态和氧化态共存.光催化苯乙炔加氢实验表明，Pt/TiO₂催化剂在室温常压条件下不仅具有高的苯乙炔光催化转化率，当光照达8h后，苯乙炔完全转化，而且在6h之内苯乙烯选择性保持在91.3%，具有高的苯乙烯选择性.通过对负载的Pt的含量进行了优化，筛选出当Pt的负载量为1wt%时，苯乙炔的转化率最高.为了对比，利用传统热催化的方法氢气作为加氢源进行了苯乙炔加氢实验，结果发现，使用氢气作为加氢源时，虽然苯乙炔的转化率为100%，但产物是过加氢的产物乙苯.这主要是因为在光催化反应过程中，TiO₂导带上的电子迁移至Pt颗粒上，导致Pt的电子密度增加，Pt颗粒表面高的电子密度有利于加氢中间产物苯乙烯的脱附，因此，在光催化加氢过程中不会发生过加氢反应，具有高的苯乙烯选择性.同时，扩展实验表明，Pt/TiO₂光催化剂对其他类型的炔烃加氢也具有高的选择性，表明Pt/TiO₂光催化炔烃加氢具有普适性.由此可见，光催化炔烃加氢未来将成为一种环境友好而高效的方法.

关键词: 苯乙炔, 二氧化钛, 选择性加氢, 光催化, 铂

Abstract: Conversion of alkynes to alkenes by photocatalysis has inspired extensive interest, but it is still challenging to obtain both high conversion and selectivity. Here we first demonstrate the photocatalytic conversion of phenylacetylene (PLE) to styrene (STE) with both high conversion and selectivity by using the titania (TiO₂) supported platinum (Pt) as photocatalyst under 385 nm monochromatic light irradiation. It is demonstrated that the conversion rate of PLE is strongly dependent on the content of Pt cocatalyst loaded on the surface of TiO₂. Based on our optimization, the conversion of PLE and the selectivity towards STE on the 1 wt% Pt/TiO₂ photocatalyst can unexpectedly reach as high as 92.4% and 91.3%, respectively. The highly selective photocatalytic hydrogenation can well be extended to the conversion of other typical alkynes to alkenes, demonstrating the generality of selective hydrogenation of C≡C over the Pt/TiO₂ photocatalyst.

Key words: Phenylacetylene, Titania, Selective Hydrogenation, Photocatalysis, Cocatalyst

中图分类号:

连菊红, 柴玉超, 祁育, 郭向阳, 关乃佳, 李兰冬, 章福祥. 铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢[J]. 催化学报, 2020, 41(4): 598-603.

Juhong Lian, Yuchao Chai, Yu Qi, Xiangyang Guo, Naijia Guan, Landong Li, Fuxiang Zhang. Unexpectedly selective hydrogenation of phenylacetylene to styrene on titania supported platinum photocatalyst under 385 nm monochromatic light irradiation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(4): 598-603.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(19)63453-4

https://www.cjcatal.com/CN/Y2020/V41/I4/598

参考文献

[1] C. Oger, L. Balas, T. Durand, J. M. Galano, Chem. Rev., 2013, 113, 1313-1350.
[2] Y. Guo, Y. Zhang, Z. Zhao, Chin. J. Catal., 2018, 39, 181-189.
[3] H. Lindlar, R. Dubuis, Org. Synth., 1966, 46, 89-92.
[4] M. Armbruster, K. Kovnir, M. Behrens, D. Teschner, Y. Grin, R. Schlogl, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 14745-14747.
[5] T. Mitsudome, Y. Takahashi, S. Ichikawa, T. Mizugaki, K. Jitsukawa, K. Kaneda, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 1481-1485.
[6] E. D. Slack, C. M. Gabriel, B. H. Lipshutz, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 14051-14054.
[7] M. K. Karunananda, N. P. Mankad, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 14598-14601.
[8] Y. Sugano, Y. Shiraishi, D. Tsukamoto, S. Ichikawa, S. Tanaka, T. Hirai, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 5295-5299.
[9] Z. Chai, T. T. Zeng, Q. Li, L. Q. Lu, W. J. Xiao, D. Xu, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10128-10131.
[10] A. Tanaka, K. Hashimoto, H. Kominami, Chem. Commun., 2017, 53, 4759-4762.
[11] J. J. Zhong, Q. Liu, C. J. Wu, Q. Y. Meng, X. W. Gao, Z. J. Li, B. Chen, C. H. Tung, L. Z. Wu, Chem. Commun., 2016, 52, 1800-1803.
[12] C. H. Hao, X. N. Guo, Y. T. Pan, S. Chen, Z. F. Jiao, H. Yang, X. Y. Guo, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9361-9364.
[13] K. Imamura, Y. Okubo, T. Ito, A. Tanaka, K. Hashimoto, H. Kominami, RSC Adv., 2014, 4, 19883-19886.
[14] K. Imamura, T. Yoshikawa, K. Hashimoto, H. Kominami, Appl. Catal. B, 2013, 134-135, 193-197.
[15] J. Y. Lee, W. K. Jo, J. Hazard. Mater., 2016, 314, 22-31.
[16] S. H. Li, S. Liu, J. C. Colmenares, Y. J. Xu, Green Chem., 2016, 18, 594-607.
[17] H. Zhang, M. Zhao, T. Zhao, L. Li, Z. Zhu, Green Chem., 2016, 18, 2296-2301.
[18] Z. Zhang, S. W. Cao, Y. Liao, C. Xue, Appl. Catal. B, 2015, 162, 204-209.
[19] R. Long, Z. Rao, K. Mao, Y. Li, C. Zhang, Q. Liu, C. Wang, Z. Y. Li, X. Wu, Y. Xiong, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 2425-2430.
[20] H. Kominami, M. Higa, T. Nojima, T. Ito, K. Nakanishi, K. Hashimoto, K. Imamura, ChemCatChem, 2016, 8, 2019-2022.
[21] M. Li, N. Zhang, R. Long, W. Ye, C. Wang, Y. Xiong, Small, 2017, 13, 1604173.
[22] W. N. Wang, W. J. An, B. Ramalingam, S. Mukherjee, D. M. Niedzwiedzki, S. Gangopadhyay, P. Biswas, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 11276-11281.
[23] O. Rosseler, M. V. Shankar, M. Karkmaz-Le Du, L. Schmidlin, N. Keller, V. Keller, J. Catal., 2010, 269, 179-190.
[24] A. Meng, J. Zhang, D. Xu, B. Cheng, J. Yu, Appl. Catal. B, 2016, 198, 286-294.
[25] Z. H. N. Al-Azri, W. T. Chen, A. Chan, V. Jovic, T. Ina, H. Idriss, G. I. N. Waterhouse, J. Catal., 2015, 329, 355-367.
[26] H. Chen, F. Zhang, X. Sun, W. Zhang, G. Li, Int. J. Hydrogen Energy, 2018, 43, 5331-5336.
[27] N. Lakshmanareddy, V. Navakoteswara Rao, K. K. Cheralathan, E. P. Subramaniam, M. V. Shankar, J. Colloid. Interface. Sci., 2019, 538, 83-98.
[28] G. Xin, B. Yu, Y. Xia, T. Hu, L. Liu, C. Li, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 21928-21934.
[29] D. Deng, Y. Yang, Y. Gong, Y. Li, X. Xu, Y. Wang, Green Chem., 2013, 15, 2525-2531.
[30] Z. M. Michalska, B. Ostaszewski, J. Zientarska, J. W. Sobczak, J. Mol. Catal. A, 1998, 129.

铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢

Unexpectedly selective hydrogenation of phenylacetylene to styrene on titania supported platinum photocatalyst under 385 nm monochromatic light irradiation

PDF

Supporting Information

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

扫码分享

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	赵彬彬, 钟威, 陈峰, 王苹, 别传彪, 余火根. 高晶化g-C₃N₄光催化剂: 合成、结构调控和光催化产氢[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 127-143.
[2]	唐小龙, 李锋, 李方, 江燕斌, 余长林. 单原子催化剂在光催化和电催化合成过氧化氢中的研究进展[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 79-98.
[3]	蔡铭洁, 刘艳萍, 董珂欣, 陈晓波, 李世杰. 漂浮型Bi₂WO₆/C₃N₄/碳布S型异质结光催化材料用于高效净化水体环境[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 239-251.
[4]	王思恺, 闵祥婷, 乔波涛, 颜宁, 张涛. 单原子催化: 追寻催化领域的“圣杯”[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 1-13.
[5]	江梓聪, 程蓓, 张留洋, 张振翼, 别传彪. 氧化锌基梯型异质结光催化剂[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 32-49.
[6]	刘博文, 蔡家杰, 张建军, 谭海燕, 程蓓, 许景三. MOF/CdS梯型光催化剂同时进行苯甲醇氧化和析氢反应及其机理研究[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 204-215.
[7]	宋明明, 宋相海, 刘鑫, 周伟强, 霍鹏伟. ZnIn₂S₄/MOF-808微球结构S型异质结光催化剂的制备及其光还原CO₂性能研究[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 180-192.
[8]	邵秀丽, 李可, 李静萍, 程强, 王国宏, 王楷. 揭示NiS@Ta₂O₅纳米纤维中梯型电荷转移路径及光催化CO₂转化性能[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 193-203.
[9]	李嘉明, 李源, 王小田, 杨直雄, 张高科. TiO₂上原子分散的Fe位点促进光催化CO₂还原: 增强的催化活性、 DFT计算和机制洞察[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 145-156.
[10]	阎菲, 张由子, 刘思碧, 邹睿卿, Jahan B Ghasemi, 李炫华. 供体-受体型卟啉基金属有机框架实现有效电荷分离高效光催化析氢[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 124-134.
[11]	孙利娟, 王伟康, 路平, 刘芹芹, 王乐乐, 唐华. 纳米高熵合金实现光催化剂肖特基势垒的调控用于光催化制氢与苯甲醇氧化耦合反应[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 90-100.
[12]	刘海峰, 黄祥, 陈加藏. 电子态调控促进氢气无损耗纯化中CO的光致富集和氧化[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 49-54.
[13]	乔秀清, 李晨, 王紫昭, 侯东芳, 李东升. TiO_2-_x@C/MoO₂肖特基结: 合理设计及高效电荷分离提升光催化性能[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 66-79.
[14]	袁鑫, 范海滨, 刘杰, 覃龙州, 王剑, 段秀, 邱江凯, 郭凯. 连续流技术在光氧化还原催化转化的最新进展[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 175-194.
[15]	余治晗, 关晨, 岳晓阳, 向全军. 碳环渗入的结晶氮化碳S型同质结及其光催化析氢[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 361-371.