M-N(M=Ag,Au; N=Pd,Rh,Co)合金纳米团簇光催化剂性能与机理研究
批准号:
21373131
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
武海顺
依托单位:
学科分类:
化学理论与方法
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱怀勇、张婷婷、任颖、马丽娟、李晓绒、康伟丽
中文摘要
金、银等贵金属纳米团簇,由于表面等离子体共振,在可见光区产生强烈的吸收。最近一些研究表明,金、银纳米团簇在可见光区能作为光催化剂,催化一些有机化学反应。其催化机制有别于半导体类光催化剂,有较高的转化频率(TOF)。受此启发,本项目中提出,金、银与其它催化活性金属如铑、钯、钴形成的合金团簇在可见光区可能也有光催化活性,在光照下能更高效的催化一些化学反应。在热反应条件下,对许多化学反应来说,合金团簇比纯金属团簇有更好的催化性能。本项目中,将探讨金、银与钯、铑和钴形成的合金纳米团簇对一些氧化还原反应和偶联反应的光催化活性,并结合实验与理论计算,对相关的催化反应机理进行深入、全面地研究。通过本项目的进行,将加深对金属纳米团簇光催化反应机制的认识,拓展合金纳米团簇在光催化反应领域的使用,促进太阳能在化学化工合成中的应用。
英文摘要
The nano-cluster of noble metal such as silver and gold, due to the surface plasmon resonance effect, shows strong absorption of visible light. Some recent investigations indicated that these nano-clusters can accelerate some organic chemical reactions as photocatalyst under visible-light irradiation. With higher tuner over frequency, the catalytic mechanism of these nano-cluster photocatalysts are different from that of the classic semiconductor photocatalysts.Inspired by the high photocatalytic activity of these metal nano-cluster, we suggest that the alloy nano-clusters of silver or gold with palladium, rhodium or cobalt maybe also are potentail photocatalyst, which can accelerate some chemical reactions under visible-light irradiation even at low temperature. For many reactions in normal condition, alloy nano-cluster catalyst is more active than pure metal nano-cluster. In this project, the photocatalytic activity of alloy namo-clusters of Au or Ag with palladium, rhodium or cobalt will be investigated by testing some redox reactions and coupling reactions under visible light irradiation. By combining the experimental method and theoretical calculation, the photocatalytic mechanism of these reaction will be investigated comprehensively and systematically. Our project will increase the knowledge about the photocatalytic mechanism of metal nano-cluster, and develop more efficient alloy nano-cluster photocatalys, and promote the usage of solar energy in organic synthesis in chemical industry.
在近三十年来,受到金团簇催化活性的启发,金属团簇的表面催化反应受到了广泛的重视。金、银等贵金属纳米团簇,由于表面等离子体共振,在可见光区产生强烈的吸收。最近一些研究表明,金、铜、铂纳米团簇在可见光区能作为光催化剂,催化一些有机化学反应。本项目中,正是从这一点出发,试图在金、铜团簇中掺入一些常见的有催化活性的金属,从而进一步提高金属团簇的光催化活性,并且借助计算化学工具,认识催化机理,为设计更高效的金属光催化剂奠定基础。.在本项目中,目前得到四种金属纳米颗粒催化剂。1:1的Cu-Pd催化剂,可以在可见光下高效的催化Suzuki交叉C-C偶联反应。 PdO-Co3O4催化体系,其合成方法简单,是一种优良的三功能催化剂,同时对ORR,OER和醇氧化具有良好的电催化活性。 Cu@WOx核壳纳米线结构催化剂,其对苄胺的氧化具有明显的光催化活性。Pd/NiCo2O4纳米结构催化剂,其可以实现α,β-不饱和醛的选择性加氢,加氢的位置发生在C-C键。.基于密度泛函理论计算,对Au-Pd,Cu-Pd的光催化活性来源进行了研究,发现它们的光吸收不同于纯Au团簇的等离子体共振效应,主要来自于金属Pd的d-sp电子跃迁。基于这一计算结果,实验上发现Pt, Pd, Ir, Os, Rh等金属都能吸收可见光而加速其上的反应。对于PdO-Co3O4体系,结合计算与实验表征,明确了催化剂的结构,并发现氧化物团簇内部界面处Pd离子与Co离子之间的协同效应是催化活性的主要来源。 我们定义了一个新概念“电子转移强度”来描述光照下电子的转移方向与大小,并应用于Ptn-O2界面处的电子转移研究,发现对于较大团簇来说,光照诱发的电子从Ptn到氧的转移并不明显,甚至在一些波长处有可能发生从氧到金属的电荷转移。通过计算还对金团簇与各种不同氧化物载体的之间的相互作用进行了详细研究,发现载体可通过影响Au团簇的结构、键长、电荷等来影响团簇的催化活性。
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
登录
查看更多内容
A time-dependent quantum dynamical study of the C+(2P) + H2(D2,HD)→ CH+(CD+) + H(D) reaction
C (2P) H2(D2,HD)→ CH (CD ) H(D) 反应的时间相关量子动力学研究
DOI:
10.1016/j.cplett.2017.09.056
发表时间:
2017
期刊:
Chemical Physics Letters
影响因子:
2.8
作者:
[Jin Guo, Ai Jie Zhang, Yong Zhou, Jian Yong Liu, Jian Feng Jia, Hai Shun Wu]
通讯作者:
Hai Shun Wu
Computational investigation of hydrogen adsorption/desorption on Zr–ƞ2–(C2H2) and its ion
Zr−−2−(C2H2)及其离子氢吸附/解吸的计算研究
DOI:
10.1016/j.chemphys.2015.05.017
发表时间:
2015
期刊:
Chemical Physics
影响因子:
2.3
作者:
[Li-Juan Ma, Jianfeng Jia, Hai-Shun Wu]
通讯作者:
Hai-Shun Wu
DOI:
10.7498/aps.64.203101
发表时间:
2015-10-20
期刊:
ACTA PHYSICA SINICA
影响因子:
1
作者:
[He Yan-Bin, Jia Jian-Feng, Wu Hai-Shun]
通讯作者:
Wu Hai-Shun
Theoretical investigation of the mechanism for the cycloaddition of CO2 to epoxides catalyzed by a magnesium(II) porphyrin complex
镁(II)卟啉配合物催化CO2与环氧化物环加成机理的理论研究
DOI:
10.1007/s00894-015-2733-y
发表时间:
2015-06
期刊:
JOURNAL OF MOLECULAR MODELING
影响因子:
2.2
作者:
[Qin Wang, Cai-Hong Guo, Jianfeng Jia, Hai-Shun Wu]
通讯作者:
Hai-Shun Wu
Electronic structure, stability and magnetic properties of small M1–2Cr(M=Fe, Co, and Ni) alloy encapsulated inside a (BN)48 cage
(BN)48笼内封装的小型M1-2Cr(M=Fe、Co、Ni)合金的电子结构、稳定性和磁性能
DOI:
10.1016/j.physleta.2015.04.037
发表时间:
2015
期刊:
Physics Letters A
影响因子:
2.6
作者:
[Wenjuan Liang, jianfeng Jia, Jin Lv, Hai-Shun Wu]
通讯作者:
Hai-Shun Wu
共 44 条
硼掺杂和金属修饰碳材料及其形成的复合材料储氢研究
-
批准号:21031003
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:200.0万元
-
批准年份:2010
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
新型氮氧无机团簇电子结构与热力学性质的研究
-
批准号:20871077
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:39.0万元
-
批准年份:2008
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
物理无机化学研究调研
-
批准号:B0624004
-
项目类别:专项基金项目
-
资助金额:3.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
氟化富勒结构、性质及其光电分子器件设计研究
-
批准号:20673070
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:28.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
羰基硼化合物的合成、结构与性质研究
-
批准号:20471034
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:26.0万元
-
批准年份:2004
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
AlN 纳米管的合成、结构与性质研究
-
批准号:20341005
-
项目类别:专项基金项目
-
资助金额:6.0万元
-
批准年份:2003
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
锗等无机团簇构成纳米材料的结构与光学电磁学性质
-
批准号:29741004
-
项目类别:专项基金项目
-
资助金额:7.0万元
-
批准年份:1997
-
负责人:武海顺
-
依托单位:
国内基金
海外基金