Collaborative Research: Dinuclear Heterogeneous Catalysts (DHCs) as a new Platform for Selective Oxidation of Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4)

合作研究:双核多相催化剂(DHC)作为一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)选择性氧化的新平台

基本信息

  • 批准号:
    1955098
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2024-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Catalysts, substances that increase the speed of chemical reactions without themselves being consumed, play critical roles in large-scale chemical processes that underpin our economy. One example is found in the reforming of natural gas, where catalysts convert methane to hydrogen and carbon monoxide (CO). Hydrogen can be readily used as a source of clean energy. CO can serve as a starting material for the synthesis of valuable chemicals such as methanol and acetic acid. A critical challenge presented by the current natural gas reforming processes, however, is that they are often energy intensive. The key to addressing this inefficiency is through novel catalyst designs. With funding from the Chemical Catalysis Program of the Division of Chemistry, Dr. Wang of Boston College, Drs. Batista and Brudvig of Yale University, and Dr. Pan of the University of California, Irvine are investigating a new type of catalyst that has the potential to meet this challenge. Featuring precisely designed and defined structures, the catalysts are being studied for two prototypical reactions, carbon monoxide oxidation and methane activation. In an effort to broaden the impacts of the project, concerted educational and outreach activities are being carried out. These programs involve participants from diverse backgrounds, especially those of underrepresented minorities. With funding from the Chemical Catalysis Program of the Division of Chemistry, this project studies new class of catalysts, dinuclear heterogeneous catalysts (DHCs), for selective oxidation of CO and methane (CH4). DHCs belong to the emerging class of heterogeneous catalysts featuring atomically dispersed motifs. They offer new properties for chemical transformations. Dr. Wang from Boston College, Drs. Batista and Brudvig from Yale University, and Dr. Pan from the University of California, Irvine leverage their complementary expertise in catalyst design, synthesis, characterization, and reaction mechanisms. They collaborate to test the hypothesis that DHCs are more effective toward reactions such as selective CO oxidation and CH4 activation, than conventional catalysts or the recently characterized single-atom catalysts. The study is unique as it examines the involvement of heterogeneous catalysts with dinuclear active centers whose catalytic core is well defined. The research activities are complemented by educational efforts aimed at promoting scientific research by underrepresented groups, K-12 students, and the general public as well as undergraduate researchers.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
催化剂,增加化学反应速度而不消耗的物质,在为我们经济的大规模化学过程中起关键作用。在天然气的改革中发现了一个例子,其中催化剂将甲烷转化为氢和一氧化碳(CO)。氢可以很容易地用作清洁能源的来源。 CO可以用作合成有价值的化学物质(例如甲醇和乙酸)的起始材料。但是,当前天然气改革过程提出的一个关键挑战是它们通常是能源密集型的。解决这种低效率的关键是通过新颖的催化剂设计。在化学系化学催化计划的资助下,波士顿学院的王博士,博士。耶鲁大学的巴蒂斯塔(Batista)和布鲁德维格(Batista)和布鲁德维格(Brudvig)以及加州大学欧文分校的潘(Pan)正在调查一种新型的催化剂,该催化剂有可能应对这一挑战。通过精确设计和定义的结构,正在研究两种典型反应,一氧化碳氧化和甲烷激活的催化剂。为了扩大该项目的影响,正在开展一致的教育和外展活动。这些计划涉及来自不同背景的参与者,尤其是代表人数不足的少数群体。通过化学划分的化学催化计划的资金,该项目研究了新的催化剂,双核异质催化剂(DHCS),用于选择性氧化CO和甲烷(CH4)。 DHC属于具有原子分散图案的异质催化剂的新兴类别。他们为化学转化提供了新的特性。波士顿学院的王博士。耶鲁大学的巴蒂斯塔(Batista)和布鲁德维格(Batista)和布鲁德维格(Brudvig),尔湾分校的加利福尼亚大学Pan博士利用了他们在催化剂设计,合成,表征和反应机制方面的补充专业知识。他们合作测试了与常规催化剂或最近表征的单原子催化剂相比,DHC对选择性CO氧化和CH4激活等反应更有效的假设。这项研究是独一无二的,因为它研究了异质催化剂与催化核心良好定义的双核活性中心的参与。旨在促进代表性不足的群体,K-12学生和公众以及本科研究人员的科学研究的教育努力的补充。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准来通过评估来通过评估来支持的。

项目成果

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