窄分布金属纳米簇催化剂的制备及其在氯代芳烃转化中的应用

催化还原脱氯在氯代有机物治理技术中具有很大优势。催化剂活性位的尺寸和结构影响催化性能，是氯代芳香烃加氢脱氯催化反应的关键因素。然而制备窄分布的不同粒径金属纳米簇和稳定的负载金属纳米簇都是挑战性的难题。本项目拟通过瞬时注入法来实现近似单分散的不同粒径金属纳米簇的可控制备，并利用不同负载和后处理方法以获得稳定的负载金属纳米簇。通过探讨金属纳米簇大小和结构及其在不同载体上的分散，结合状态以及稳定性，金属纳米簇与载体的相互作用，反应介质等影响加氢脱氯反应的重要因素，我们将系统研究金属纳米簇对氯代芳香烃加氢反应的催化性能和动力学规律，探索此新催化体系与常规催化剂应用于催化氯代芳香烃反应的差异以及导致差异的原因。旨在获得高选择性、高活性、稳定和可重复利用的负载金属纳米簇催化剂。此新催化剂将能使催化氢化氯代芳香烃反应在常温常压下进行，为负载金属纳米簇在氯代芳香烃催化还原脱氯中的应用提供理论和技术支持。

本项目系统进行了金属纳米簇和负载金属纳米簇催化剂对氯代有机物催化氢化脱氯研究。通过自行设计制备了尺寸可控、分布窄(近似单分散)的Pt、Pd、Pt/Pd和Pt/Ru金属纳米簇。研究了金属纳米簇催化剂的稳定性，初步认识和揭示了分布窄尺寸可控的金属纳米簇调控合成机制。获得突出性的创新成果是利用低级醇制备得到了Pt为核Ru为壳的类核壳结构的Pt/Ru双金属纳米簇。制备了Al2O3、SnO2、-Fe2O3、层状双金属氢氧化物、活性炭、碳纳米管等载体负载的金属纳米簇催化剂。研究了金属纳米簇和负载金属纳米簇对氯代芳香烃催化性能，研究了金属离子、配体以及金属配合物对催化反应的影响。探讨了负载金属纳米簇在催化脱氢反应中的动力学规律。采用ICP-AES、EDS、TEM、XPS、SEM、XRD等方法对金属粒子的大小、形态、状态和分布状况以及金属粒子与载体相互作用等情况进行了表征。结合催化剂的结构和对氯代芳香烃的催化性能，初步探讨了加氢脱氯过程中催化剂的重复利用情况以及催化剂的失活原因。结果表明，这些催化剂不仅显示出优于传统催化剂的性能，也优于文献报道的其它纳米催化剂。这些催化剂都能够在常温、常压下进行氢化脱氯反应，反应条件十分温和，其中某些催化剂不仅能够将氯苯完全脱氯得到苯，而且还能够将苯还原为环己烷，得到了对环境无污染的产物。获得突出性的创新成果是活性炭负载的Pt催化剂的重复利用性能可达2072 mol，即TON为常温常压条件下，每摩尔表面铂原子至少可以反应 2072 mol 氯苯。本项目研究为持久性有机污染物氯代芳香烃的处理提供理论支持。