丙烯选择氧化和氨氧化钼铋催化剂作用机理的研究

为了深入研究丙烯选择氧化和氨氧化剂的作用机理。探索不同金属离子的催化作用，催化剂的结构、性质与活性的关系。我们应用共沉淀方法制备了α－钼酸铋，γ－钼酸铋，Bi_3(FeO_4)(MoD_4)_2土业催化剂Mo_(12)BiFe_3Ni_(2.5)Co_(4.5)Pa_5K_(0.107)O_(55)+50%SiO_2，Bi_3FexM_(0.3-x)O_n催化剂体系，浸Bi钼酸铁体系，M_7~(24)Fe_3BiMo_(12)O_(96)(M~(2+) = Mg, Ni, Co, Cu, Pb, Sr)体系的催化剂。测定了这些催化剂的X射线衍射数据、IR，Raman，ESCA，Mossbauer等，研究了这些催化剂的结构、组成、物理化学性质。同时考察了这些催化剂对丙烯氨氧化的催化作用，并试图把催化剂的性质与催化作用关联起来。同时，为了进一步研究催化剂的表面活性相、活性中心的性质，丙烯氧化和氨氧化中的表面中间体的形式和键合情况。我们使用了丙烯、丙烯醇、氨、丙烯胺作为分子探针，研究了这些分子的程序升温脱附情况，以便了解钼铋催化剂的催化作用。浸Bi钼酸铁研究说明，Bi可能是丙烯α氢脱除的活性中心。Mo-O多面体起丙烯吸附、氧或氮插入活性中心的作用。由于钼酸铁晶格的敞开性和弹性。Bi进入了钼酸铁晶格，形成了Bi嵌钼酸铁的表层结构。成为对丙烯选择氧化的催化剂。钼酸铁由于Fe~(3+)的部分填充d电子结构，是一种使双键断裂，进行深度氧化的催化剂。Bi进入Fe_2(MoO_4)_3表层的缺陷，形成Bi = o-O-Mo = o对，使深度氧化中心变成选择氧化中心。Bi_3Fe_xMo_(3-x)O_n体系中，随着Fe的加入，形成了Mo-Bi-Fe三元化合物。该化合物比Bi_2Mo_2O_9具有更高的活性和选择性。晶格中Fe~(3+)的存在，将促进P型电导，这时Fe~(3+)相当于受主杂质杂质，降低了费米能级。而丙烯的吸附活化形成烯丙基是一给电子过程。因此，Fe~(3+)的存在将加快丙烯活化吸附的速度，也就加速了反应。并且，Fe~(3+)/Fe~(2+)的氧化还原对存在，能快速接受Mo或Bi上的电子，保持Mo和Bi的氧化态，有利于反应的进行。同时，Fe~(2+)具有较低的电负性，能起到提供氧吸附、进行再氧化的中心的作用。把催化剂的电子提供给氧，同时把晶格氧输送到还原位上。这种多功能作用的协合，可能是Mo-Bi-Fe体系高活性和高选择性的原因。丙烯吸附中，所有催化剂都存在可连吸附中心和不可逆吸附中心。丙烯的吸附是活化解离吸附。不同催化剂的丙烯和丙烯醛的脱附情况相似。说明不同催化剂的丙烯吸附中心，丙烯醛或（丙烯腈）生成中心可能是相同的。丙烯醛脱附峰的存在，说明催化剂的晶格氧离子确能与丙烯作用生成丙烯醛。丙烯醇和丙烯胺的脱附说明，都存在可逆吸附和不可逆吸附两种类型。它们在催化剂表面的吸附是活化解离化学吸附，其吸附中心可能与丙烯选择氧化和氨氧化中的丙烯醛（或丙烯腈）生成中心相同。丙烯氧化反应中，烯丙基氧插入形成的Q－O键合物中间体，与丙烯醇解离吸附形成的表面吸附物种（Mo-O-CH_2-CH = CH_2）相同。同样，丙烯胺解离吸附形成的表面物种（Mo-NH-CH_2-CH = CH_2），可能与丙烯氨氧化中烯丙基Q－NH键合而成的中间体相同。这两种中间体，对选择性生成丙烯醛和丙烯腈起决定作用。NH_3的吸附存在两种可逆吸附类型。而不可逆吸附在高温区以N_2和H＿2O脱附出来。NH_3在催化剂的解离吸附形成NH_2基。温度升高继续脱氢形成NH基。该NH基会插入烯丙基，形成（Mo-NH-CH_2-CH = CH_2）中间体，其继续反应形成丙烯腈。