二维氮化碳限域修饰金属单原子材料构筑及催化富碳天然气合成乙酸机制研究
批准号:
U19B2001
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
256.0 万元
负责人:
管国锋
依托单位:
学科分类:
能源化工
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
管国锋
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中文摘要
甲烷和二氧化碳是化学性质非常稳定的小分子,也是自然界最丰富的碳源。因此,在温和条件下,通过原子经济反应将甲烷与二氧化碳定向转化为乙酸等高附加值化学品成为C1化工领域的研究热点。以提高乙酸的时空收率为导向,本项目通过吸附、配位和键合等方式在氮化碳材料中引入金属单原子,实现金属单原子高度分散的二维g-C3N4催化材料的可控制备。通过原位表征方法和工艺条件优化,探究催化剂的微观结构和表面性质等因素对反应转化率和选择性的影响规律。建立CH4和CO2定向催化反应的本征与宏观动力学模型,确定最佳工艺条件,乙酸时空收率≥300µmol/(gcat∙h)。结合密度泛函理论计算,揭示金属单原子/g-C3N4催化材料对CH4和CO2定向催化转化行为的作用本质,明确催化材料的作用机制。本项目的实施,不仅为富二氧化碳天然气的高效催化转化提供新的路径,而且为南海非常规天然气的规模化利用提供新的解决思路。
英文摘要
Methane and carbon dioxide are chemical stable small molecules and the most abundant carbon source in nature. Therefore, how to realize the co-conversion of methane and carbon dioxide into valuable chemicals under mild conditions by atom economic reactions has become the hot topic in C1 chemical engineering. Metal single-atoms were introduced by different methods such as adsorption, coordination and bonding to realize the fabrication of two-dimensional g-C3N4 with highly dispersed metal single-atoms. Through the in-situ characterization method and process conditions optimization, the effects of the microstructure and surface properties of the catalyst on the reactivity and selectivity of CH4 and CO2 for the direct preparation of acetic acid will be investigated. The intrinsic and macroscopic kinetics model of the directional catalytic reaction of CH4 and CO2 will be established, the optimum process conditions will be determined and the space-time yield of acetic acid will be above 300µmol/(gcat∙h). Combined with density functional theory, the reaction mechanism of metal single-atomic/g-C3N4 catalytic materials in the direct catalytic conversion behavior of CH4 and CO2 will be revealed, the role of catalytic materials will also be clarified. The implementation of this project not only provides a new route for the efficient catalytic conversion of carbon dioxide-rich natural gas, but also provides a new solution for the large-scale utilization of unconventional natural gas in the South China Sea.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jece.2021.106453
发表时间:2021-12
期刊:Journal of Environmental Chemical Engineering
影响因子:7.7
作者:Liangwei Sun;Peng Zhao;Yihao Liu;Bangjie Tan;Chaoyi Yu;N. Feng;Lei Wang;H. Wan;G. Guan
通讯作者:Liangwei Sun;Peng Zhao;Yihao Liu;Bangjie Tan;Chaoyi Yu;N. Feng;Lei Wang;H. Wan;G. Guan
DOI:10.1016/j.enconman.2020.112819
发表时间:2020-06
期刊:Energy Conversion and Management
影响因子:10.4
作者:R. Gao;Chundong Zhang;Geunjae Kwak;Yun-Jo Lee;S. Kang;G. Guan
通讯作者:R. Gao;Chundong Zhang;Geunjae Kwak;Yun-Jo Lee;S. Kang;G. Guan
Constructing Hierarchically Porous N-Doped Carbons Derived from Poly(ionic liquids) with the Multifunctional Fe-Based Template for CO(2) Adsorption.
用多功能铁基模板构建聚离子液体衍生的多级多孔 N 掺杂碳用于 CO2 吸附
DOI:10.1021/acsomega.1c00419
发表时间:2021-03-16
期刊:ACS omega
影响因子:4.1
作者:Guo Q;Chen C;Xing F;Shi W;Meng J;Wan H;Guan G
通讯作者:Guan G
The impact of benzene ring embedding on the performance of carbon nitride for photocatalytic hydrogen
苯环嵌入对氮化碳光催化制氢性能的影响
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.151089
发表时间:2021-08
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Dashui Yuan;Xueru Chen;Zongyuan Li;Cheng Fang;Jing Ding;Hui Wan;Guofeng Guan
通讯作者:Guofeng Guan
TiN Bridged All-Solid Z-Scheme CNNS/TiN/TiO2-x Heterojunction by a Facile In Situ Reduction Strategy for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution
TiN 桥接全固态 Z 型 CNNS/TiN/TiO2-x 异质结,通过简单的原位还原策略增强光催化析氢
DOI:10.1002/admi.202100695
发表时间:2021
期刊:ADVANCED MATERIALS INTERFACES
影响因子:5.4
作者:Yuan Dashui;Jiao Yiwei;Li Zongyuan;Chen Xueru;Ding Jing;Dai Wei-Lin;Wan Hui;Guan Guofeng
通讯作者:Guan Guofeng
COFs限域耦合多位点聚离子液体材料的可控构筑及催化一锅法制链状碳酸酯反应机制研究
- 批准号:22278213
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:管国锋
- 依托单位:
二维氮化碳插层耦合离子液体复合材料的可控制备及CO2吸附-催化机制研究
- 批准号:21878159
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:管国锋
- 依托单位:
互穿网络型离子液体修饰的高孔容金属-有机框架材料的构筑及捕集CO2机理研究
- 批准号:21476110
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:90.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:管国锋
- 依托单位:
固载型离子液体催化剂的制备及在酸催化反应中的应用研究
- 批准号:21176121
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:管国锋
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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