基于机械化学策略宏量制备系列单原子催化剂的研究
批准号:
22078371
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
何晓辉
依托单位:
学科分类:
反应工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
何晓辉
中文摘要
单原子催化剂因其极高的金属利用率、独特的电子/几何结构和优异的催化性能,受到学术界的高度重视。但是,目前大多数合成方法,仍存在制备工艺复杂、生产成本高、伴随环境污染等问题,特别是普遍存在放大效应,即无法保证在宏量制备的前提下,维持金属物种原子级分散的精细结构,进而维持优异的催化性能。.申请人针对这一学术前沿,基于前期工作基础,引入机械化学这一新颖策略,初步实现氧化锌负载钯单原子催化剂等体系从毫克/克级到千克级制备量级的飞跃。但是其内在的物理化学变化机制仍有待研究。本项目拟在上述发现的基础上,筛选出影响金属物种原子级分散的关键因素,阐明机械力在金属分散过程中的作用机制,并给出消除放大效应的基本方法,进而实现一系列单原子催化剂的宏量制备。并以丙烷脱氢和二氧化碳还原为模型反应详细考察其催化性能,从而为该材料的进一步发展提供理论指导和技术依据。
英文摘要
Single atom catalysts (SACs) are becoming highly attractive to academia because of the maximum utilization of metal species, unique electronic/geometric structures, and superior catalytic properties. However, although many synthesis methods of SACs have been reported, there are still several drawbacks that should be overcome, including the tedious procedures, the high costs, the serious pollution, and especially the magnification effects. The magnification effects prevail in current available synthesis procedure, which means it is very challenging to keep the fine structure of isolated metal sites and thus the excellent catalytic performance during the scale-up procedure..Our preliminary work has established a scalable approach for the production of supported Pd SACs via a mechanical milling (mechanochemistry) in kilogram scale. However, the dispersion mechanism of metal species under the conditions of mechanochemistry is still ambiguous, and thus the application scope of this approach is also unclear. This project aims to enrich the applications of this macroscopic production approach to various SACs for propane dehydrogenation and CO2 reduction reactions. Various factors that influence the dispersion state of metal species will be investigated systematically and the inherent mechanism of mechanochemistry during the milling process of the metal precursors will be elucidated. The basic method to eliminate the magnification effects will also be established, and then the mass production of a series of SACs will be achieved. The project is expected to enrich the synthesis methodology of SACs and develop the theoretical and technological basis for their practical applications.
单原子催化剂因其极高的金属利用率、独特的电子/几何结构和优异的催化性能,受到学术界的高度重视。然而,目前大多数合成方法,虽可实现金属物种的原子级分散,但仍存在制备工艺复杂、生产成本高、伴随环境污染等问题,特别是普遍存在放大效应,即无法保证在宏量制备的前提下,维持金属物种原子级分散的精细结构,进而维持优异的催化性能。本项目利用机械化学策略(球磨法)对单原子催化剂的结构的精准设计、合成、宏量制备等方面进行了深入研究,并对球磨机理进行探究,并将所制备的单原子催化剂应用于加氢/脱氢等化工重要领域,取得了以下创新性研究成果:.(1)通过调整球磨参数,探讨了机械化学过程诱导原子分散金属结构形成的潜在机制,实现了单原子催化剂的宏量制备。.(2)利用机械化学策略(球磨法),通过调整金属前驱体与载体种类等,实现了单原子催化剂几何、电子结构精准调控,成功用于硝基、炔基、醛基、烯烃等化合物的加氢和丙烷脱氢等重要反应中;在此基础上,发展了利用球磨法制备原子级分散的电子助剂修饰单原子催化剂的方法,提高了金属催化剂活性,选择性和稳定性,并揭示其反应机制;通过制备原子级双金属活性中心催化剂,将其应用于氢甲酰化/加氢串联等重要反应,揭示了其对串联催化的促进机制。.(3)在上述基础上,提出了“前驱体雾化”策略、微胶囊策略等单原子催化剂普适性制备方法,可实现单原子催化剂的连续(准连续)化、规模化生产。为单原子催化剂的工业化应用奠定了坚实基础。
氢氧直接合成过氧化氢用原子级分散催化剂的开发及机理研究
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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:100.0万元
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批准年份:2022
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负责人:何晓辉
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依托单位:
球磨法宏量制备贵金属单原子合金催化剂的研究
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批准号:2020A1515010142
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:何晓辉
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依托单位:
基于有机-无机杂化构筑金属卟啉基材料及其仿生催化烯烃环氧化
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批准号:21606260
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:何晓辉
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依托单位:
国内基金
海外基金