镶嵌型钯合金@氮化碳催化剂的精准构筑及其催化甲酸脱氢性能研究
批准号:
22108238
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:
万超
依托单位:
学科分类:
反应工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
万超
中文摘要
甲酸是最具潜力的化学储氢材料之一,脱氢反应是制约其大规模应用的主要瓶颈,构建合理的活性中心分布方式(催化剂结构)是改善此类反应选择性和稳定性不理想的关键。本项目针对现有催化剂活性组分颗粒分布不均、易流失和团聚的问题,拟在前期工作的基础上,提出精准构筑镶嵌型钯合金@氮化碳催化剂的新思路,利用镶嵌型催化剂的合金效应和镶嵌效应的优点,以改善催化剂的选择性和稳定性。探索金属类型、含氮前驱体种类等制备条件对催化剂结构的影响,阐明以多孔材料为模板剂的镶嵌型催化剂的合成机制,实现催化剂的可控制备。在此基础上,研究钯合金结构、镶嵌程度和镶嵌层组成等因素对甲酸脱氢反应的影响规律,利用原位技术、理论计算揭示反应机理与催化性能之间的内在联系,阐明钯合金与镶嵌层在甲酸脱氢反应中的协同作用机制,为催化剂的优化构建提供指导。本项目的实施将为贵金属催化剂的构建提供一条新思路,同时也为氢能源大规模应用提供技术支撑。
英文摘要
Formic acid is one of the most promising chemical hydrogen storage materials. Nevertheless, the dehydrogenation of formic acid is the main bottleneck restricting its large-scale application. The key to improve the unsatisfactory selectivity and stability in this process is to construct the reasonable distribution of active sites (catalyst structure). In view of the problem of uneven distribution, easy loss and agglomeration of active component in the existing catalysts, palladium alloy@carbon nitride catalysts with mosaic structure are precisely constructed on the basis of the previous work and aim at enhancing the selectivity and stability by using the advantages of alloy effect and mosaic effect. Through exploring the influence of metal types, nitrogen-containing precursor types and preparation conditions on the structure of the catalyst, the synthesis mechanism of the mosaic catalyst using porous materials as the template is clarified and the controllable preparation of the catalyst can be realized. Accordingly, the influence of factors, such as the palladium alloy structure, mosaic degree and mosaic layer composition, on the dehydrogenation of formic acid are studied. In-situ technology and theoretical calculations are employed to reveal the internal connection between the reaction mechanism and the catalytic performance, and the synergistic mechanism of the palladium alloy and the mosaic layer in the dehydrogenation of formic acid is clarified. This will offer the guidance for the optimization and construction of the catalyst. The success of the above mentioned research will not only present a novel method for the construction of noble metal catalysts, but also provide technical support for the large-scale application of hydrogen energy.
甲酸是最具潜力的化学储氢材料之一,脱氢反应是制约其大规模应用的主要瓶颈,构建合理的活性中心分布方式(催化剂结构)是改善此类反应选择性和稳定性不理想的关键。本项目在资助期内,以甲酸分解制氢为研究对象,对钯合金结构、镶嵌程度和镶嵌层组成等因素对甲酸脱氢反应的影响规律进行了系统研究,并利用原位技术、理论计算揭示反应机理与催化性能之间的内在联系,阐明钯合金与镶嵌层在甲酸脱氢反应中的协同作用机制。取得的主要研究成果如下:.(1)提出了采用硬模板法合成氮化有序介孔石墨氮化碳(N-ompg-C3N4),并提出通过选择刻蚀剂的种类实现模板剂脱除的同时进行载体缺陷设计,以优化金属—载体相互作用。Ag0.1Pd0.9/N-ompg-C3N4催化剂的催化性能优异,具有高活性、高选择性和优异的循环稳定性。.(2)采用双模板法设计制备了改性g-C3N4(D-CN)载体,通过浸渍还原法将AuPd纳米颗粒负载于D-CN载体上合成了AuPd/D-CN双金属催化剂,并将其用于光催化甲酸分解脱氢反应。Au1Pd4/D-CN0.15催化剂的催化性能最为优异,具有高催化活性和优异的循环稳定性。光催化甲酸脱氢在303 K时的TOF值为2511.1 h-1,在经过5次循环反应后仍具有良好的催化活性。.(3)采用熔盐软模板剂法制得二维碳氮纳米片(g-C3N4),并采用二次焙烧掺入碳氮量子点得到0D/2D同质结载体HJ-CN,再将AuPd作为活性金属负载于HJ-CN上合成AuPd/HJ-CN催化剂,制备的Au1Pd4/HJ-CN1%催化剂在光催化甲酸分解脱氢中表现出最优异的催化性能。催化剂具有优异的催化活性得益于碳氮量子点掺入的载体、金属AuPd的合金效应及合金与载体之间的强相互作用,优化了光吸收效率、光生载流子的转移速率、催化剂表面的电子密度。.(4)在项目的资助下,获得中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖1项(R2),获国家自然科学基金面上项目和安徽省优青项目资助,以通讯作者或第一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Green Energy Environ.、Chem. Eng. J等期刊发表SCI论文12篇,EI收录论文8篇,ESI热点论文1篇,ESI高倍引论文3篇,获授权发明专利3项,参加国内重要学术会议3人次,培养硕士生2名。
CeO2量子点诱导孤岛催化剂用于氨硼烷水解制氢研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:万超
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依托单位:
国内基金
海外基金