摘要
葡萄糖酸及其衍生物已广泛应用于食品和制药行业。传统发酵法可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸，但是该工艺存在一些技术缺陷，因为它们涉及到能源密集型的废水处理和复杂的酶分离。多相金属催化剂的绿色氧化过程在全世界引起了越来越多的关注。近年来，人们发现金基催化剂对葡萄糖氧化具有优异的催化活性。然而，在无碱温和的条件下，氧气作为氧化剂，葡萄糖选择性氧化为葡萄糖酸仍然是一个挑战。为了实现葡萄糖对葡萄糖酸的高选择性氧化，本论文设计了以氧化铈为载体，贵金属Au为活性中心的高活性催化剂，探究了不同形貌氧化铈以及过渡金属掺杂的氧化铈载体中氧空位含量及金属与载体之间的相互作用对催化性能的影响，具体研究内容及结论如下: 采用低温均相沉积沉淀法合成了层状氢氧化铈纳米片（LCeH）,经过煅烧制备了二维氧化铈纳米片（LCeO）。与氧化铈纳米颗粒相比，LCeO更薄且表面多孔，具有较大的比表面积以及更高的氧空位含量。在无碱条件下，两种载体负载Au催化剂的葡萄糖氧化活性有着明显差异。Au/LCeO催化剂反应6小时后葡萄糖转化率为72％,对葡萄糖酸选择性大于99％,活性远远高于氧化铈纳米颗粒负载Au催化剂。这可能归因于LCeO具有较大的比表面积，丰富的氧空位缺陷以及金属与载体之间的相互作用。动力学研究表明，Au/LCeO降低了葡萄糖氧化的表观活化能。此外，将回收的催化剂采用冷冻干燥中处理的方法较好的保留了催化剂的氧空位含量，使得催化剂具有良好的稳定性。 利用水热法制备了掺杂过渡金属（Fe、Co、Ni）的氧化铈纳米棒，并将其负载金颗粒制备Au催化剂。在葡萄糖氧化反应中，掺杂过渡金属的催化剂的催化活性明显高于纯氧化铈纳米棒催化剂的催化活性。其中，Fe掺杂量为10％的Au/Fe-CeO2催化剂的催化活性最高，无碱条件反应6h葡萄糖转化率为82％,对葡萄糖酸选择性大于99％。这是由于引入Fe后载体氧空位增多以及金属与载体之间的强相互作用使得催化剂性能提高。实验证明，过渡金属的引入为制备高催化活性、高选择性的氧化铈基催化剂提供了方向。 本研究首次将氧化铈纳米片以及过渡金属掺杂氧化铈纳米棒作为载体运用到葡萄糖氧化研究中。Au/LCeO催化剂具有制备简便、催化活性和稳定性较高的优势。而过渡金属的掺杂可以通过提高氧空位含量进一步提升催化剂对葡萄糖的氧化性能。
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