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碳化铁物相的定向制备及其在费托合成反应中本征催化性能

批准号:
21872035
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
乔明华
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫世润、裴燕、王浩、王顺武、王丹、吴提军、成诗婕、孙冬、曾杨

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
本申请围绕铁基催化剂在费托合成反应中碳化铁类型与催化性能之间的构效关系这一有待澄清的核心科学问题,通过系统调变纳米金属铁粒子的活化参数,考察其碳化铁种类及含量的演变,构建活化参数与物相组成之间明确的联系,实现各种碳化铁物相的精准碳化。通过在低温液相费托合成反应条件下评价催化性能,结合表面化学研究,阐明各种碳化铁对活性、产物类型、产物分布的影响规律,为理性设计合成气高效转化铁基催化剂提供依据,促进碳基非石油资源高效、清洁转化利用领域的技术进步。
英文摘要
The structure-performance relationship regarding the phase-defined iron carbides and the activity and selectivity of the iron-based catalysts is one of the unsolved, key scientific issues in the field of Fischer-Tropsch synthesis (FTS). In this proposal, we design a systematically study on the influences of the carburization variables of the iron-based catalysts on the types and contents of iron carbides formed. We aim at the targeted carburization of the iron-based catalysts by constructing a comprehensive and clear correlation between the carburization variables and the phase compositions. The catalytic performances of the iron carbides will be evaluated under liquid-phase low-temperature FTS reaction conditions, focusing on the elucidation of the inherent connections of the phase compositions of the catalysts with their catalytic activities and the kinds and distributions of the FTS products. This study will afford a solid basis for the rational design of high-performance iron-based catalysts for syngas conversion and will promote the technological advances in the transformation and utilization of non-petroleum carbon resources in a more efficient and cleaner manner.
铁基催化剂由于能够将合成气或二氧化碳和来源于可再生能源的氢气转化为清洁燃料和基本有机化学品,因而受到了学术界和工业界的广泛关注。铁不仅来源广泛,而且抗硫中毒能力良好,水煤气变换活性高,产物类型广,除液态烃外,还可以生产低碳烯烃及醇、醛等含氧有机化学品,因此在费托合成和二氧化碳加氢反应中有着独特的优势。然而,对其活性相进行定向调控的研究工作不多,尚不能够为精准设计高活性、高选择性的铁基催化剂提供理性的指导。我们在国家自然科学基金委的资助下,对碱性助剂、分子筛、碳载体三种因素对铁基催化剂活性相的类型和含量的影响开展了系统的研究工作,成功地发展了碳化铁活性相的调控新策略。发现镁助剂抑制了在费托合成制低碳烯烃反应中碳化铁物相的形成,同时也抑制了Fe3O4物相的生成;三维石墨烯及高碳化学势的反应气氛,在高温下稳定了通常认为仅在低温下热力学稳定存在的ε’-Fe2.2C物相。HZSM-5分子筛通过影响二氧化碳加氢反应中铁基催化剂的微环境,形成了更多碳化铁活性相(χ-Fe5C2、ε’-Fe2.2C)。石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管因构成三者的石墨烯曲率的不同,导致与其上负载的氧化铁的电子相互作用存在差异,进而影响了还原和碳化温度,以及反应中形成的铁物相(Fe3O4、χ-Fe5C2)的比例。在二氧化碳加氢反应中,铁基催化剂的碱性与χ-Fe5C2碳化铁活性相的含量线性相关。在上述研究的基础上,实现了在费托合成反应中高时空产率合成低碳烯烃,以及在二氧化碳加氢反应中高时空产率合成芳烃和高碳烯烃。这些工作不仅为碳化铁活性相的定向调控提供了全新的思路,为理性设计含有特定类型和含量的碳化铁的铁基催化剂提供了依据,而且促进了碳基非石油资源高效、清洁转化利用领域的技术进步。项目实施期间,发表SCI论文12篇,其中8篇影响因子> 5,提交会议论文1篇。申请中国发明专利3项,其中授权 1项。培养博士4名,硕士2名。
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
Potassium as a Versatile Promoter to Tailor the Distribution of the Olefins in CO2 Hydrogenation over Iron‐Based Catalyst
钾作为多功能促进剂可调节铁基催化剂上 CO2 加氢中烯烃的分布
DOI: 10.1002/cctc.202101535
发表时间: 2021-12
期刊: ChemCatChem
影响因子: 4.5
作者: [Wang Shunwu, Ji Yushan, Liu Xuancheng, Yan Shirun, Xie Songhai, Pei Yan, Li Hexing, Qiao Minghua, Zong Baoning]
通讯作者: Zong Baoning
Effect of Shell Thickness on Skeletal Fe@HZSM-5 Core-Shell Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis
壳厚度对骨架 Fe@HZSM-5 费托合成核壳催化剂的影响
DOI: 10.6023/a20120563
发表时间: 2021
期刊: Acta Chimica Sinica
影响因子: 2.5
作者: [Sun Dong, Sun Bo, Pei Yan, Yan Shirun, Fan Kangnian, Qiao Minghua, Zhang Xiaoxin, Zong Baoning]
通讯作者: Zong Baoning
Effect of Titania Polymorphs on the Structure and Catalytic Performance of the Pt–WOx/TiO2 Catalyst in Glycerol Hydrogenolysis to 1,3-Propanediol
二氧化钛多晶型物对Pt-WOx/TiO2催化剂甘油氢解制1,3-丙二醇结构及催化性能的影响
DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c02205
发表时间: 2022-07
期刊: ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子: --
作者: [Yang Zeng, Lan Jiang, Xiaoxin Zhang, Songhai Xie, Yan Pei, Gongbing Zhou, Weiming Hua, Minghua Qiao, Zhen-Hua Li, Baoning Zong]
通讯作者: Baoning Zong
Iron-Potassium on Single-Walled Carbon Nanotubes as Efficient Catalyst for CO2 Hydrogenation to Heavy Olefins
单壁碳纳米管上的铁钾作为二氧化碳加氢制重烯烃的高效催化剂
DOI: 10.1021/acscatal.0c00810
发表时间: 2020
期刊: ACS Catalysis
影响因子: 12.9
作者: [Wang Shunwu, Wu Tijun, Lin Jun, Ji Yushan, Yan Shirun, Pei Yanting, Xie Songhai, Zong Baoning, Qiao Minghua]
通讯作者: Qiao Minghua
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    铂钨/二氧化硅催化剂在甘油选择氢解制1,3-丙二醇反应中的金属-金属氧化物-载体协同作用研究
    • 批准号:
      22272030
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      乔明华
    • 依托单位:
    液相费托合成反应的选择性调控新策略
    • 批准号:
      21373055
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      83.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      乔明华
    • 依托单位:
    骨架铁-分子筛核壳双功能催化剂的创制及构效关系研究
    • 批准号:
      21073043
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      36.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      乔明华
    • 依托单位:
    急冷骨架Ni基催化剂上的生物质液相催化重整制氢研究
    • 批准号:
      20673025
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2006
    • 负责人:
      乔明华
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金