活性金属Ni d电荷密度对Ni2P/Al2O3催化剂菲加氢性能的影响

荆洁颖,李 泽,赵泽敏,张 雨

(太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室,山西 太原 030024)

0 引 言

高温煤焦油中菲含量高,占煤焦油总量4%～6%,与航空燃料的碳数一致(C9～C15)[1-2]。催化加氢是将菲转化为燃料的重要途径,将菲进行深度加氢处理可得密度大、热值高的全氢菲,热氧化稳定性和低温性能优良,可用作高能量密度燃料,用于航空航天[3-8]。这可提升菲的利用率,且产品附加值高,氢耗量低,符合国家要求。然而,菲加氢过程中的中间产物会与菲竞争表面吸附位点,不利于催化剂对菲吸附活化,使催化剂菲反应活性差,深度加氢过程难以进行。因此,设计高性能加氢饱和催化剂是整个反应的关键。

芳烃催化加氢反应过程中,H2活化是前提,反应物吸附、产物脱附是关键。菲加氢为逐环加氢,随饱和环数增加,末环加氢反应变难。芳烃分子在过渡金属上的吸附与炔烃、烯烃的吸附机理相似,符合d-π*反馈机制,芳烃化合物吸附强度与金属表面轨道杂化程度以及过渡金属d带的电荷密度相关,过渡金属d电子的性质会影响吸附质在金属表面的吸附进而影响催化活性[9-13]。1995年,HAMMER等[14]提出d带中心理论,将活性中心的价电子结构与催化剂的催化性能关联,该理论认为,d能带中心与吸附质在活性金属表面上的化学吸附相关。d带中心相对于费米能级位置越高,反键态占据的能量位置越高,反应分子吸附越稳定。对于d区元素而言,价带填充越多,吸附质与金属结合越弱,为获得最优活性,需在强吸附和快速解吸之间平衡。……