酸碱性对Au催化剂的调控作用
本文为探究酸碱性对AU催化剂催化甘油（GL）氧化反应产物的选择性，选用Mg/Al比(x)不同的MgO-Al2O3样品为Au催化剂的载体, 以尿素为沉淀剂, 采用沉积沉淀法制备了相应的Au/MgO-Al2O3(x)催化剂样品。采用X射线衍射、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪、透射电镜以及N2吸附-脱附等温线等对MgO-Al2O3(x)和/或Au/MgO-Al2O3样品的物相、元素组成、Au颗粒大小以及比表面积等进行了表征分析; 采用NH3和CO2程序升温脱附(TPD)分别对MgO-Al2O3(x)载体表面的酸、碱性进行了测定. NH3-TPD和CO2-TPD结果表明, 随着Mg/Al比x从0增加至4.8,MgO-Al2O3(x)的表面酸量从0.94降到0.20 μmol/m2, 而其表面碱量却从0.05剧增至0.80 μmol/m2。因此, 载体中MgO含量越多或Mg/Al比越大, 其酸性越弱而碱性越强。在无碱水溶液中的催化反应结果表明, Au/MgO-Al2O3(x)上GL氧化反应的主要产物为DHA, GLA以及GCA等。随着x值(催化剂表面碱性)不断增大, 产物DHA的选择性从约80%下降到10%左右, 而GLA的选择性却从约4%增加至约50%。当载体为酸性最强的Al2O3 (x = 0)时, 产物DHA的选择性为最高(80%)。由此可见, 载体表面的酸碱性质决定了无碱水溶液中Au催化剂上的GL氧化产物的分布。此外, 当保持Au粒子的尺寸基本不变(如3.1或6.6 nm左右), 而改变载体的酸碱性质时, Au/MgO-Al2O3催化GL氧化反应的活性(TOF)可相差8-9 倍。通过改变Au/MgO-Al2O3样品焙烧温度, 制备了表面酸碱性质相同而颗粒大小不同的三个Au/MgO-Al2O3(0.2)催化剂, 考察了Au粒径对GL氧化反应选择性的影响. 在这三个催化剂上, Au颗粒的平均尺寸分别为2.8, 3.2和6.6 nm, GL氧化反应的产物选择性近乎相同(DHA和GLA的选择性分别为65%和15%左右), 但平均尺寸为6.6 nm Au粒子的催化活性(TOF)是3.2 nm Au粒子的1.6倍, 2.8 nm Au粒子的2.7倍。
有上述结果可知，尽管载体酸碱性质和Au粒子尺寸都对Au/MgO-Al2O3催化剂的本征活性有重要影响, 但载体酸碱性质的影响更显著。