课题基金 / 基金详情

构建石墨烯限域稳定的ε-Fe2C用于高效费-托合成反应的方法与机制研究

批准号:
22072184
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
王立
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王立

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高效铁基费-托催化剂活性中心的精准设计与构建极大受限于碳化铁活性相在反应过程中的复杂变化。已有研究确认ε-Fe2C由于具有较好的CO解离吸附能力是超高活性相,但ε-Fe2C仅在低温活化或反应条件下(<200℃)稳定存在。本项目利用非致密石墨烯层的限域稳定及调制作用,抑制ε-Fe2C向θ-Fe3C等低活性物相的转变,构筑在贴近生产实际条件(250~340 ℃)下稳定的高活性相ε-Fe2C,从而实现较高温度下高活性和高稳定性的耦合。通过调控非致密石墨烯层的表界面结构,结合实验和理论计算,深入研究石墨烯对活性相ε-Fe2C的调控机制,阐明该材料在高效费-托合成中的CO活化与碳链增长等过程的催化作用机制。同时,综合利用各种相关的原位及离线表征手段,进一步研究石墨烯限域稳定下ε-Fe2C相的形成过程及其在反应过程中的结构演变,阐明非致密石墨烯层对铁基催化剂相转变和积碳失活的抑制作用。
英文摘要
The rational design of iron-based Fischer-Tropsch synthesis catalysts and active phase accurate control is challenged by the complex phase and structure transformation during activation and reaction processes. Existing research has concluded that ε-Fe2C is the super-active phase due to its high CO dissociative adsorption capacity, but ε-Fe2C is stable only at low-temperature activation and reaction conditions (<200 ℃). This proposal will utilize confinement effect of graphene shell, preventing phase transfer from ε-Fe2C to θ-Fe3C with low activity, obtaining stable ε-Fe2C active phase under real industrial reaction conditions (250~340 ℃), coupling high activity and high stability under relatively high-temperature conditions. By modifying graphene shell structure, combining experimental and theoretical calculation, we will investigate graphene confinement effect on ε-Fe2C surface structure, illustrating its mechanism in Fischer-Tropsch synthesis such as CO activation and carbon chain building. On the other hand, we will apply various in-situ and ex-situ characterization techniques to further study the formation process of ε-Fe2C phase by graphene confinement and its structure under reaction process, clarifying why graphene confinement effect can prevent active phase transformation and catalyst deactivation by coking.
费-托合成技术是高效利用非石油资源实现高值转化的重要途径之一,其中铁基费-托合成催化剂近年来成为C1催化研究与开发领域的研究热点和技术难点。由于铁基催化剂中的碳化铁活性相在反应及活化过程中易发生复杂的相变,如何实现其高效活性相的精准调控与稳定性提升,已成为该领域的前沿科学问题。.本项目聚焦于费-托合成中铁基催化剂高活性相ε-Fe₂C的结构调控与稳定性提升,创新性地提出通过非致密石墨烯层的限域作用来稳定并调控ε-Fe₂C活性相的策略。通过构筑石墨碳包覆的Fe₂C@C催化材料,实现了ε-Fe₂C在工业实际条件(250~340℃)下的高温稳定性和高效催化性能。.具体研究成果包括:1) 开发高温稳定的ε-Fe₂C催化新材料:基于限域催化的概念,设计了一种石墨碳包覆的Fe₂C@C催化剂。实验与理论计算表明,石墨碳包覆能有效抑制ε-Fe₂C在高温下的相变,从而显著提升其催化活性与稳定性,为探索高活性碳化铁的本征催化性能提供了新的研究思路。2) 系统研究了ε-Fe₂C@C纳米催化材料的组成、结构与费-托合成催化性能之间的构效关系,深化了对碳化铁活性相调控机制的理解。3)通过研究单一ε-Fe₂C活性相上的C-O键活化与断裂、碳链增长及终止等关键反应过程,进一步揭示了其在费-托合成中的构效关系与反应机理,为设计高效铁基催化剂奠定了理论基础。.此外,项目进一步开发了石墨烯限域χ-Fe₅C₂催化剂体系。石墨烯的限域作用显著提高了χ-Fe₅C₂在工业费-托合成条件下的稳定性,抑制了水煤气变换反应和产物H₂O对催化剂的氧化作用,从而显著降低了副产物CO₂(4.6%)和CH₄(5.9%)的选择性,使费-托合成的碳利用效率大幅提升至90%。.综上所述,本项目成果为铁基催化剂的活性相调控提供了新的思路与策略,不仅深化了对催化剂构效关系的认识,还为开发高活性、高稳定性和高碳利用效率的工业铁基费-托合成催化剂提供了一种切实可行的方法。.
构建CoxMn1-xO表面稳定的Co团簇用于高效费托合成制低碳烯烃的方法与机制研究
  • 批准号:
    22372199
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    王立
  • 依托单位:
构建石墨烯限域稳定的ε-Fe2C用于高效费-托合成反应的方法与机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    64万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    王立
  • 依托单位:
国内基金
海外基金