nb2o5/γ-al2o3表面铌氧物种的分散状态与酸性特征

负载型nb2o5是多种催化反应的有效催化剂.以草酸铌为前驱物,γ-al2o3为载体,通过浸渍法制备不同负载量的nb2o5/γ-al2o3催化剂.采用粉末x射线衍射(xrd)、激光拉曼光谱(lrs)和吡啶吸附傅立叶变换红外(py-ir)光谱方法对催化剂表面铌氧(nbox)物种的分散特征、酸性特征进行表征,通过异丁烯(ib)与异丁醛(iba)缩合生成2,5-二甲基-2,4-己二烯(dmhd)反应评价催化剂表面酸催化活性.结果表明,nb在γ-al2o3表面的单层分散容量(γnb)为7.6μmol·m-2,与“嵌入模型”理论分析nb5+分散在γ-al2o3优先暴露晶面(110)上八面体空位中的单层分散容量值7.5μmol·m-2接近,即分散的nb5+离子键合在γ-al2o3表面八面体空位中.在低负载量下,分散在γ-al2o3表面的nb2o5主要以孤立的nbox物种形式通过nb—o—al键与载体表面键合,与lrs结果一致.处于孤立状态下的nbox物种使表面lewis酸位量下降.随负载量的增加,孤立的nbox物种通过nb—o—nb键连接而聚集,并形成表面bronsted酸位,随着nbox聚集度增加,表面bronsted酸密度增加,酸性增强,对iba与ib缩合反应催化活性增加.当负载量超过单层分散容量时,nbox物种呈现三维聚集状态,dmhd的转化频率(tof)降低,同时表面bronsted酸性增强,导致目标产物dmhd的选择性降低.nb2o5/γ-al2o3催化剂表面bronsted酸特征与nbox物种聚集状态密切相关.