ChemCatChem：促进Pt−WOx物质间相互作用对于将甘油高效氢解制备1,3-丙二醇的影响

利用高温下固态原子迁移策略制备了含有高分散孤立WO_x物种的Pt/WO_x/α-Al₂O₃催化剂，通过构筑Pt-WO_x活性界面显著提高了甘油氢解制1,3-丙二醇的催化效率。

图为（a）高温下α-Al2O3载体上WOx纳米颗粒TEM照片及迁移示意图和（b）Pt-WOx活性界面和W催化效率（STYW）的关系。

1,3-丙二醇是合成聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）和聚氨酯（PU）的重要原料，将生物质甘油通过氢解转化为1,3-丙二醇是一条具有潜在工业应用前景的工艺路线，选择性氢解甘油中的C‒OH键是生产1,3-丙二醇的关键科学问题。目前，Pt-WO_x-基双功能催化剂因其优异的甘油选择性氢解性能受到研究者的重视。但WO_x作为活性组分，在催化剂制备过程中极易发生团聚，造成催化剂上存在多种形式的WO_x物种，这对研究WO_x物种在甘油氢解中的作用带来了困难。因此，通过合理的设计并制备出含有单一WO_x物种的催化剂对于理解Pt-WO_x-基催化剂上甘油氢解作用机制具有重要意义。

针对上述问题，近日，太原理工大学刘雷教授团队和新加坡国立大学何迁助理教授采用无酸性、低比表面的α-Al₂O₃为载体，借鉴在单原子催化剂制备中固态原子迁移策略，通过高温（900℃）热处理调节WO_x和载体间的相互作用成功在α-Al₂O₃载体表面制备出高分散的孤立WO_x物种，考察了孤立WO_x结合Pt对甘油氢解性能的影响。研究结果表明α-Al₂O₃上高分散的孤立WO_x物种有助于提高Pt的分散度，同时，高分散的Pt与WO_x物中间的强相互作用使得在催化剂表面形成大量Pt-O-WO_x活性界面，极大地提高了Pt和W的原子利用率。通过调节Pt的负载量来控制催化剂上Pt-WO_x活性界面的数量，构建了Pt -O-W活性界面和1,3-PDO的产率的关联模型，揭示了Pt-WO_x界面数量和催化活性呈正相关。优化反应条件下，在2Pt/WO_x/α-Al₂O₃催化剂上，单位质量W上单位时间内1,3-PDO的TOF值高达76 g_1,3-PDO•gW^-1•h^-1；此外，通过原位NH₃-DRIFTS对催化剂酸性进行表征，在H₂的存在条件下，发现在高分散的孤立WO_x与Pt物种间的协同作用下可以原位生成Brønsted酸位，进一步明确了原位生成的Brønsted酸位点在甘油氢解反应过程中的主导作用。本研究为深入理解Pt-WO_x协同作用在甘油氢解反应中作用提供了理论支撑，同时，也为设计和合成用于各种相关反应的负载型金属氧化物催化剂提供了新的思路。

论文信息：

Facilitating Pt−WOx Species Interaction for Efficient Glycerol Hydrogenolysis to 1,3-Propanediol

Binbin Zhao, Yu Liang, Prof. Lei Liu, Prof. Qian He, Prof. Jin-Xiang Dong

文章第一作者为博士生赵斌彬

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202100773

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