铂基疏水催化剂表面的SEM照片
疏水催化剂主要应用于反应物、产物或反应介质中有水的一些反应,如氢-水液相催化交换、氢-氧复合、有机物的低温氧化、NOx选择催化还原和含NH3废水的处理等,与亲水催化剂相比,其优点是可使催化反应在低温下进行,降低能耗,并提高安全性.
疏水催化剂一般由活性金属、载体和疏水基体三部分组成,活性金属一般选择第Ⅷ族元素(如Pt、Pd、Rh等),其中Pt在高温、低温反应条件下都具有较高的催化活性,载体大多用活性炭、Al2O3、SiO2等.
炭黑是目前在疏水催化剂中应用的载体,它具有很高的比表面积,作为Pt族金属催化剂的载体,可提高催化活性.碳化硅具有良好的导热性、化学稳定性、抗热震性等优点,是催化剂载体的理想候选材料之一,已成功应用于一些重要的化学反应中,如低温脱硫、汽车尾气净化、甲烷偶联等.铈锆复合氧化物具有独特的储氧性能、较高的热稳定性和抗老化性,对CO、NOx、烃类等物质的催化氧化还原反应有明显的促进作用,作为第二载体在催化燃烧、汽车尾气净化三效催化剂中的应用引起了广泛关注.然而,目前尚无将SiC和铈锆复合氧化物用作疏水催化剂载体的报道.
为了探索SiC和铈锆氧化物应用于疏水催化剂的可行性,并研究载体对Pt基疏水催化剂催化活性的影响,中国工程物理研究院核物理与化学研究所熊亮萍等人为了研究载体对铂(Pt)基疏水催化剂活性的影响,分别选取了炭黑、SiC纳米粉、铈锆复合氧化物(Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3)等三种物质,在氯铂酸的乙二醇溶液中,用高压微波加热法制备了Pt基催化剂,然后将其与聚四氟乙烯一起负载于泡沫镍上,制成疏水催化剂.用X射线衍射、透射电子显微镜、X光电子能谱、扫描电子显微镜等方法分析了催化剂的结构与组成,并研究了疏水催化剂对氢-氧复合反应及氢-水交换反应的催化活性.结果表明:Pt在载体表面分布均匀,在Pt/C、Pt/SiC、Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3中Pt的平均粒径分别为4.46、1.67和1.77nm;Pt/C、Pt/SiC催化剂中Pt存在Pt(0)、Pt(II)和Pt(IV)三种价态;Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3在泡沫镍表面的分布均匀,而Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3分布不均匀.Pt/C/FN对氢-氧复合反应和氢-水交换反应的催化活性都较高; Pt/SiC/FN和Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3/FN对氢-氧复合反应的催化活性高,但是对氢-水交换反应的催化活性很低.