多孔Cu/M(M=Ag、Au)双活性位金属催化剂的构建及电催化CO2还原制C2产物的研究
批准号:
22106106
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
蒋波
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋波
中文摘要
电催化CO2还原制高附加值化学品,因其在环境和能源领域极具前景而备受关注。然而,此项研究仍面临效率低、稳定性差和C2产物选择性低等问题,其原因在催化剂的可控合成、活性位的多尺度精准构筑和原位反应过程研究等方面缺乏有效方法。本项目拟构筑多孔Cu/M(M=Ag、Au)双活性位金属催化剂,利用多孔结构和双活性位的协同作用增效电催化CO2还原制C2产物。系统考察催化剂的孔结构、M种类、M比例、M空间分布等对C2产物选择性的影响。在此基础上,利用原位表征技术探究CO2在催化剂表界面的吸附、反应中间体CO在催化活性位的生成、迁移机制,并结合理论计算进行验证、解释和分析,从分子/原子水平阐明孔结构和双活性位对电催化CO2还原制C2产物的协同增效机制。本项目顺利实施为CO2减排和高效资源化转化提供理论依据和技术支持。
英文摘要
Electrocatalytic CO2 reduction into the high value-added chemicals has attracted considerable attention because of its promising application in energy and environmental fields. However, this study still has the shortages of low efficiency, poor stability and low selectivity of C2 products, possibly due to the lack of effective method in controlled synthesis of catalysts, accurate construction of multi-scale active sites, and in-situ monitoring during the reaction process. This project intends to construct the porous Cu/M (M=Ag、Au) metallic catalyst with bi-active sites and study the synergistic effect of porous structure and bi-active sites for enhancing the selectivity of the C2 products. The effect of parameters such as the porous structure、M species、M molar ratio and the spatial distribution on the selectivity of C2 products was systematic investigated in this project. Based on above study, the in-situ techniques are further utilized to study the behavior of CO2 adsorption, and the formation and migration mechanism of intermediate CO on catalytic active site. Finally, the synergistic effect could be explained from the molecular/atomic level based on the in-situ technical study and the theoretical calculation. This project provides important theoretical and technical support for study of the CO2 reduction and the efficient utilization of CO2 resources.
在国家自然科学基金(批准号:22106106)的资助下,针对“多孔Cu/M(M=Ag、Au)双活性位金属催化剂的构建及电催化CO2还原制C2产物的研究”为研究内容,设计了具有多孔结构双金属催化剂,突破了目前CO2还原制C2产物法拉第效率低、转化率低的瓶颈,实现了CO2的高效催化转化与资源化。主要研究结果如下:1)构筑了5~6个多孔双金属催化剂,实现了CO2的电催化还原为C2产物(乙烯、乙醇),实现了催化剂的长时间稳定运行;2)提高了CO2在催化剂表面的吸附以及中产物CO的富集,促进了碳-碳偶联,提高了C2产物的选择性;3)建立了同位素标记物定性/定量检测的原位催化系统,为精准获得碳基气体分子的催化反应路径与机制提供了解决方案;4)研究了催化反应历程,分析了催化剂的结构组分对CO2还原和资源化的影响。受本项目资助,以第一作者/通讯作者发表与本项目相关的SCI论文9篇,其中包括Nat. Commun., JACS, ACS Nano, Adv. Energy Mater., 等;已申请专利2项;培养已毕业的硕士研究生2名,在读研究生8名,其2人获得国家奖学金和1名研究生获得上海师范大学优秀毕业生,共同培养博士生5名,其中已经毕业博士生2名。在项目的研究过程中多次参加环境化学领域的会议,并积极协助组织了2024年资源化学国际研讨会以及2024年基金委化学部主办的上海师范大学协办的大气复合污染物深度治理学术研讨会。
单原子/铜颗粒双活性位催化剂的设计及电催化CO2+NOx共还原合成尿素的研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:蒋波
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依托单位:
等离激元铜基金属光催化剂的构筑及气-固相 CO2 加氢的研究
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批准号:21ZR1446600
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:蒋波
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依托单位:
国内基金
海外基金