貴金屬在催化領域占有極其重要的地位,且許多已實現(xiàn)工業(yè)化應用。Ru原子的電子結構為4d75s1,是氧化態(tài)最多的元素,每一種電子結構又具有多種幾何結構,為多樣的Ru配合物合成提供良好的基礎,因而廣泛應用于烯烴復分解聚合、Heck和異構化等有機合成反應中。其中,美國麻省理工學院的Grubbs因成功開發(fā)了一系列Ru卡賓絡合催化劑,并應用于烯烴復分解反應而獲得了2005年諾貝爾化學獎。因此,近年來有關Ru催化劑合成與應用的綜述較多,但是主要集中在有機合成領域。
隨著Ru催化劑研究的不斷深入,負載型Ru催化劑在其它工業(yè)領域的應用也已成為研究的熱點。鉑系元素中Ru是地殼中含量最少的貴金屬元素,將其負載在載體材料上可以增大金屬粒子的比表面積和分散度,進而提高Ru粒子的利用率,降低催化劑的成本。用于負載Ru的載體材料的種類也在不斷增加,已發(fā)展到高分子材料和離子液體等功能材料。同時,伴隨著催化機理研究的不斷深入,Ru催化劑的應用領域也在不斷拓展。目前,有關負載型Ru催化劑綜述類文獻主要集中在氨合成、費托合成、催化加氫、CO變換和烴類重整制合成氣等領域。但只是將Ru催化劑作為反應體系催化劑的一類進行描述,有關對負載型Ru催化劑制備方法和應用進行綜述的較少。
現(xiàn)有研究對納米材料負載Ru催化劑載體和前驅體的選擇以及制備方法的最新研究進展進行了總結,評述了負載型Ru催化劑在催化反應中的應用概況,以期對Ru催化劑和其它貴金屬催化劑的研究與應用提供一些有益的啟示。
納米材料負載Ru催化劑已經(jīng)成為氨合成、制氫和有害氣體降解等領域的首選催化劑。但是,從材料角度考慮負載型Ru催化劑還存在許多問題:如何解決碳材料在高溫下與Ru作用產生甲烷化問題,增強碳載體的穩(wěn)定性;如何制備出大比表面積
的氧化物載體,提高納米Ru粒子的分散度,增強載體與Ru粒子的相互作用,擴大反應物分子在載體的擴散空間;根據(jù)不同的載體和反應體系,如何選擇合適的制備方法,開發(fā)出性能更加優(yōu)良的Ru基催化劑。從活性組分Ru的角度考慮,更重要的是要開發(fā)出更加經(jīng)濟、快捷和高效的從廢棄Ru催化劑中回收Ru的工藝,這是Ru催化劑實現(xiàn)工業(yè)化的關鍵步驟。同時尋找一種與活性組分Ru具有協(xié)同作用的非貴金屬或其氧化物作為助催化劑添加到負載型Ru催化劑中,降低Ru含量,提高催化性能也是Ru基催化劑研究的一個重要方向。另外,拓展負載型Ru催化劑的應用也具有重要的意義。要實現(xiàn)這些挑戰(zhàn)性課題的突破,需要催化、化工和其它新材料領域研究者的共同努力。首先要深刻認識Ru催化劑在不同反應體系中的催化作用機理和催化反應機理,再開展負載型Ru催化劑的設計或全新反應體系的構建,要時刻注視催化領域的最新發(fā)展動向,將最新的制備方法、表征手段和機理研究進展引入到負載型Ru催化劑的研究中,以期取得重大突破。
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