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酸碱性与氧化还原性是金属氧化物催化剂的重要属性。可分别用吸附量热和TPR/TPO来表征。同时异丙醇探针反应也可用来表征催化剂的酸碱性与氧化还原性。本论文运用上述表征手段,研究了Ce-Mo-O、V2O5/CeO2催化剂的酸碱性与氧化还原性及与表面结构和催化活性的关系。
通过对C80量热仪灵敏度因子的标定,发现气态吸附质压力在0~0.5Torr之间时,量热仪的灵敏度因子随压力变化十分明显。由于一般吸附量热的初始压力恰好在这个范围,所以有必要讨论如何获得真实的吸附热数据。用初始压力P1下的灵敏度因子进行计算,可获得比较准确的吸附热数据。而用空气下的灵敏度因子进行计算,获得的吸附热数据偏低。
运用有氧异丙醇探针反应研究了Ce-Mo-O催化剂的酸性和氧化还原性。发现在氧气氛下异丙醇探针反应能很好地表征CeO2,MoO3和Ce-Mo-O催化剂的酸碱性和氧化还原性,结果表明MoO3主要呈现酸性特征,而CeO2主要表现氧化还原性质。异丙醇探针反应对不同方法制备的Ce-Mo-O催化剂的表面性质表现十分灵敏,只有共沉淀制的Ce-Mo-O催化剂表现了氧化还原性质,而机械混合的CeO2-MoO3催化剂由于MoO3的易分散性而主要表现酸性。由此可知异丙醇氧化反应是一个简单、有效且敏感的描述金属氧化物催化剂表面酸性和氧化还原性的探针反应。
制备了一系列不同担载量的V2O5/CeO2催化剂,高温氧吸附、XRD、Raman等结果表明,低于10%担载量时V2O5能在载体CeO2表面高度分散。单层分散域值在5~10%之间,此时表面V原子密度约为8nm-2。吸附量热结果表明随担载量增加,催化剂酸性增强,碱性减弱。TPR结果表明高分散V物种容易还原,多聚或出现晶态以后还原温度升高。对于异丙醇在V2O5/CeO2催化剂上的反应,无氧时以脱水为主,有氧时以氧化脱氢为主。反应结果表明在10%V2O5/CeO2催化剂上酸性达到最大值,5%V2O5/CeO2催化剂的氧化还原能力最强。因为表面B酸中心主要是V-OH,而氧化性能可能主要来源于V-O-载体键而不是V-O-V键。提高焙烧温度以后,表面CeVO4增多,催化剂酸碱性与氧化能力均有所减弱。将V2O5/CeO2催化剂用于甲苯催化氧化反应,在担载量为5%时获得较大收率,而在10%V2O5/CeO2(873)催化剂上获得较高苯甲醛选择性。