壳中核结构纳米催化剂：新型结构设计与催化性能研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
21673202
项目类别：
面上项目
资助金额：
65.0万
负责人：
韩杰
依托单位：
扬州大学
学科分类：
B0204.胶体与界面化学
结题年份：
2020
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2020-12-31

项目参与者：
王明贵；曹诗易；韩娜；查全文；金晨静；张健；李亚男；
关键词：
壳中核结构核壳结构胶体粒子负载贵金属催化剂导电聚合物

项目摘要

Design and development of efficient novel model catalyst system is a very challenging subject. Based on currently attractive model catalyst of yolk-shell nanostructure and our preliminary work, we propose another novel model catalyst nanostructure with improved catalytic efficiency and recyclability: core-in-shell nanostructured catalyst. In comparison with yolk-shell nanostructured catalyst, the movable core has been placed in the mesoporous shell, which can also ease the contradiction between smaller size of active catalytic core and higher stability of catalyst but with improved catalytic performances. The core-in-shell nanostructured catalyst can be realized through swelling-evaporation or selective etching strategies for asymmetric core-shell hybrids. Through the operation of this object, on one hand, the proposed novel core-in-shell catalyst nanostructure will enrich the family of catalyst nanostructures; on the other hand, the design concept herein will provide valuable reference to the fabrication of other advanced materials for related areas.

新型、高效催化剂模型体系的构建和开发是一项富有挑战性的课题。基于当前热点催化剂结构模型蛋黄-蛋壳结构材料和我们已取得的初步研究成果，提出进一步提升催化效率和循环稳定性的新型结构模型：将具有催化活性中心的蛋黄移至介孔壳层之中，形成壳中核结构催化剂材料，在结构设计上为缓解催化剂纳米粒子小粒径和高稳定性这对矛盾提供了新思路。该设计思想以母体偏心核-壳结构材料为基础，通过溶胀-蒸发或选择性蚀刻的策略实现核-壳向壳中核结构的转变。该课题的设立和开展，一方面从结构设计角度为催化剂家族模型体系增添新鲜血液，催生和促进新型高效壳中核结构催化剂材料的研究，为众多重要有机催化反应提供性能优越的先进催化材料；另一方面，该新型结构催化材料的设计理念将为相关领域先进材料的设计和选择提供理论指导和实际参考。

结项摘要

本项目按照既定目标，圆满完成了任务：成功构建了壳中核结构纳米催化剂，并揭示了壳中核结构纳米催化剂的结构特点和催化特性。具体而言，设计合成了Au/N-Carbon蛋黄-蛋壳和壳中核两种纳米结构催化剂，硝基苯还原模型催化反应结果表明，Au/N-Carbon壳中核纳米催化剂表观反应速率常数是Au/N-Carbon蛋黄/蛋壳纳米催化剂催化的10倍，理论计算证实了Au纳米粒子包埋于介孔碳壳中增强了与Au与碳壳层的相互作用，有助于提升催化性能。基于壳中核结构纳米催化剂优异的催化性能，进一步将该设计理念推广到其他壳中核结构纳米催化剂的，如引入双面粒子活性中心的贵金属-Fe3O4/N-Carbon体系、引入功能壳层的Au/TiO2、Au/Fe3O4/PANI体系等，进一步拓宽了壳中核结构纳米催化剂的家族范畴和催化应用领域。.在本项目资助下，在Progress in Polymer Science, Journal of the American Chemical Society, Journal of Materials Chemistry A, Langmuir等化学及材料类学术期刊发表SCI收录论文38篇，获授权国家发明专利3项。已培养硕士研究生5名，博士研究生1名。相关研究成果推动了新型高效壳中核结构纳米催化剂材料的研究，为众多重要有机催化反应提供性能优越的先进催化材料，该新型结构纳米催化材料的设计理念也为相关领域先进材料的设计和选择提供理论指导和实际参考。