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利用原子层沉积构建氧化物纳米管限域催化剂及其限域效应研究
结题报告
批准号:
21773282
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
高哲
学科分类:
B0202.催化化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王眉花、张健康、李运琴、郝佳伟、杨慧敏、胡庆敏、熊咪
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中文摘要
限域催化提供了一条调控催化性能的重要途径。在氧化物纳米管体系中研究限域效应,有望获得深入理解和全新认识。然而,受传统制备方法限制,限域催化剂的合成手段、结构调控方法有限,阻碍了构效关系的建立。本项目拟利用原子层沉积构建出氧化物纳米管限域体系,对氧化物种类、限域孔径大小、管长度、亲水/疏水性等进行调控。研究这些结构因素如何改变限域材料对于反应分子的吸附势能,进而影响浓度富集效应,研究不同限域空间结构内金属粒子的电子状态,研究空间结构对于中间物种与活性位点的接触时间的影响规律,确立空间结构与限域效应之间的构效关系。以液相的苯酚加氢和气相的甲苯完全氧化为探针反应,考察限域效应对于催化反应性能的影响。进一步将表界面结构、氧空位等重要因素的调控与限域效应结合起来,协同提高催化性能。通过以上研究,揭示限域效应的物理化学本质,深化限域效应的催化理论,为催化性能的调控提供新的思路和科学依据。
英文摘要
Confined catalysis provides an important approach to modify the catalytic performance. The study of confinement effects in oxide nanotube confined system is expected to obtain thorough comprehensions and new knowledges. However, the lack of efficient means of synthesis and structure regulation in the traditional preparation methods hinders the establishment of structure-performance relationships. In this project, the catalysts confined in oxide nanotubes will be prepared by atomic layer deposition. Different oxide species, void pore sizes, tube lengths, hydrophilicity and hydrophobicity will be regulated. How these factors change the adsorption potential of the confined nanostructure for the reaction molecules, and then affect the concentration enrichment effects, the electronic states of metal particles in different confined nanostructures, and the influence of confined nanostructure on the contact time between reaction intermediates and active sites, will be studied. The relationship between the structure and the confinement effects of catalysts confined in oxide nanotubes will be resolved. The hydrogenation of phenol in the liquid phase and the complete oxidation of toluene in the gas phase will be carried out to study the impact of confinement effects on the catalytic performances. Furthermore, the regulation of interface structure and oxygen vacancy in oxide supported metal catalysts will be combined with the confinement effects, to improve the catalytic performance synergistically. These studies will reveal the essence of the catalytic confinement effects, further deepen the theory of the effects, and provide new ideas and scientific evidence for the improvement of catalytic performance in the reaction process.
限域催化提供了一条调控催化性能的重要途径。在氧化物纳米管体系中研究限域效应,会对限域效应有更深入的理解,有望产生全新的认识。然而,受到传统制备方法的限制,对于氧化物纳米管的结构缺乏有效的调控手段,阻碍了明确的构效关系的建立。原子层沉积(ALD)技术在纳米结构的设计制备方面有极强的优势,可以用于催化剂的表界面调控以及纳米催化剂结构设计。本项目利用ALD的优势,构建了氧化物纳米管限域体系,解析了纳米管催化剂表界面结构与催化性能的构效关系。我们利用一种基于ALD的臭氧脉冲策略对Pt/CNTs催化剂表面浸润性进行精准调控,在处理之后,催化剂对于对硝基苯酚加氢反应的催化活性增强。我们利用模板辅助ALD的方法,构建了双亲限域催化剂,以及亲水限域催化剂、亲油限域催化剂等不同浸润性微环境的限域催化剂,揭示了限域孔道内浸润性微环境对反应分子传输的协同促进作用。在此基础上,在限域催化剂外表面沉积其他组分,构建双组分空间分离催化体系,结合先进原位表征技术,探究了溢流促进的协同催化机制。利用ALD构建了空间分离的CoOx/TiO2/Pt催化剂,对其分离间距进行调控,结合原位表征,揭示了双组分催化剂在选择性加氢反应中的协同作用机制。利用ALD构建了空间分离的NiO/Al2O3/Pt双组分催化剂,通过原位X射线吸收近边结构表征,揭示了氨硼烷产氢反应中的反溢流机制。进一步地,构建了空间分离的CoOx/Al2O3/Pt双组分催化剂,在苯乙烯环氧化反应中引入可控氢溢流,利用氢溢流原位调控催化剂电子结构,大幅提高催化剂对于苯乙烯环氧化反应的选择性。
期刊论文列表
专著列表
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In situ tuning of electronic structure of catalysts using controllable hydrogen spillover for enhanced selectivity.
利用可控氢溢出对催化剂电子结构进行原位调控以提高选择性
DOI:10.1038/s41467-020-18567-6
发表时间:2020-09-22
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Xiong M;Gao Z;Zhao P;Wang G;Yan W;Xing S;Wang P;Ma J;Jiang Z;Liu X;Ma J;Xu J;Qin Y
通讯作者:Qin Y
Enhanced hydrogen generation by reverse spillover effects over bicomponent catalysts.
通过双组分催化剂的反向溢出效应增强氢气的产生
DOI:10.1038/s41467-021-27785-5
发表时间:2022-01-10
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Gao Z;Wang G;Lei T;Lv Z;Xiong M;Wang L;Xing S;Ma J;Jiang Z;Qin Y
通讯作者:Qin Y
Precise regulation of the wettability of Pt/CNTs by atomic layer deposition-based ozone pulse strategy for enhanced catalytic hydrogenation performance in aqueous phase
通过基于原子层沉积的臭氧脉冲策略精确调节 Pt/CNT 的润湿性,以增强水相催化加氢性能
DOI:10.1016/j.carbon.2021.12.037
发表时间:2022
期刊:Carbon
影响因子:10.9
作者:Shuangfeng Xing;Zhe Gao;Zhengxing Lv;Shichao Zhao;Mi Xiong;Jianyuan Zhang;Guofu Wang;Yong Qin
通讯作者:Yong Qin
DOI:10.1038/s41467-019-11970-8
发表时间:2019
期刊:Nature Communications
影响因子:16.6
作者:Zhang Jiankang;Gao Zhe;Wang Sen;Wang Guofu;Gao Xiaofeng;Zhang Baiyan;Xing Shuangfeng;Zhao Shichao;Qin Yong
通讯作者:Qin Yong
Amphiphilic confined Pt-based nanocatalysts produced by atomic layer deposition with enhanced catalytic performance for biphasic reactions
通过原子层沉积生产的两亲性受限 Pt 基纳米催化剂,具有增强的双相反应催化性能
DOI:10.1039/d1gc02261j
发表时间:2021
期刊:Green Chemistry
影响因子:9.8
作者:Xing Shuangfeng;Gao Zhe;Zhao Shichao;Xiong Mi;Wang Pengfei;Zhang Jianyuan;Wang Sen;Wang Guofu;Qin Yong
通讯作者:Qin Yong
原子层沉积设计空间分离催化剂及其氢溢流效应的XAFS研究
利用原子层沉积调控Pt-氧化物界面结构
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