基于COFs衍生杂原子掺杂碳纳米片构筑高效全固态FLPs非金属加氢催化剂及催化性能
批准号:
22078277
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
刘平乐
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:
刘平乐
中文摘要
目前常用的金属加氢催化剂存在活性组分易流失、失活、污染产品及环境等问题,开发H2为氢源的非金属加氢催化剂显得尤为重要。近年来提出的“受阻路易斯酸碱对”(FLPs)分子体系虽加氢活性高,但稳定性差且难以循环使用。项目针对上述问题,提出基于FLPs概念,利用共价有机框架材料(COFs)构筑新型高效B,N-及B,P-共掺杂碳纳米片全固态FLPs非金属加氢催化剂。围绕材料中B/N FLPs及B/P FLPs活性位点空间构型及活性位点-H2-底物间作用机制关键问题,探究COFs自模板特性、基底中杂原子与引入的B、N、P杂原子共掺杂规律及催化剂构-效关系,获得新型高效非金属加氢催化剂可控制备方法;结合分子模拟计算和原位表征手段揭示反应机理。项目可为低成本、环境友好碳基全固态FLPs非金属加氢催化剂设计及应用提供借鉴,对推动共掺杂碳纳米片全固态FLPs非金属催化剂应用及拓展FLPs化学理论具有重要意义。
英文摘要
Currently commonly used metal hydrogenation catalysts have the problem of loss of active component, deactivation, contamination of products and environment, hence it is important to research and development metal free hydrogenation catalysts using hydrogen as hydrogen source. The Frustrated Lewis Pairs (FLPs) molecular system proposed in recent years has the advantage of high hydrogenation activity. However, it is unstable and it is hard to be recycled. To resolve above mentioned problems, this project propose to construction of newly highly active B,N- and B,P- co-doped carbon nanosheet all-solid state FLPs metal free hydrogenation catalysts based on conception of FLPs and covalent organic framework materials. Revolving around the key problem of spatial configuration of B/N FLPs and B/P FLPs and the action mechanism among the active sites-H2-substrate, the self template property of COFs, the co-doped law between the basal heteroatom and the introduced B, N, P heteroatom, and the structure-activity relationship of catalysts will be studied so as to obtain the controllable preparation method of newly highly active metal free hydrogenation catalyst and reveal the reaction mechanism combining molecular simulation calculations and in situ characterizations. The project can provide reference for design and application of low-cost, environment-friendly carbon based all-solid state FLPs metal free hydrogenation catalysts, and is of great significance for promoting the application of co-doped carbon nanosheet all-solid state FLPs metal free hydrogenation catalysts and broadening FLPs chemical theory.
催化加氢技术广泛应用于石化产品、精细化学品、医药、农药以及功能材料的生产过程。目前常用的催化剂为金属加氢催化剂,存在活性组分易流失、失活、污染产品及环境、均相催化剂回收困难等问题。为克服金属加氢催化剂的缺点、节省贵金属资源及减少环境污染,近年来开发以氢气为氢源,无金属参与的非金属催化加氢体系成为催化加氢领域重要的研究课题。项目构筑B , N-共掺杂碳基全固态FLPs催化剂,通过相关分析测试表征手段对催化剂表面性质和结构进行解析,对其进行催化加氢性能考察以及催化剂构-效关系研究。在“构-效”关系研究基础上,通过催化反应原位表征获得全固态 FLPs非金属加氢催化剂催化不同底物加氢可能的反应路径。研究全固态 FLPs 非金属加氢催化剂与反应底物、H2 之间的相互作用,确定催化剂加氢活性位点的构建形式。采用 Material Studio 软件的 dmol3 模块合理构建催化剂模型并计算其表面电子化学特性。过渡态搜寻(TS) 找寻底物与中间物之间、中间物与产物之间最可能的反应过渡态,比较路径中反应过渡态能垒大小,结合原位表征结果分析确定催化加氢反应路径,得到催化加氢反应机理。催化剂加氢性能研究发现以硝基苯加氢作为探针反应,H2作为氢源的反应条件下,硝基苯的转化率为100 %,苯胺的选择性为99.89 %。应用于α,β-不饱和醛选择性加氢制不饱和醇反应中时,肉桂醛的转化率为100 %,肉桂醇的选择性为95.4 %。研究结果表明研制出的杂原子掺杂碳纳米片全固态FLPs非金属加氢催化剂更加高效,为环境友好的碳基新型全固态FLPs非金属加氢催化剂设计、制备及其应用提供了借鉴,具有较好的研究价值和应用前景。
二氧化硅包覆氨基修饰改性的介孔ZIF-67核壳结构催化剂构筑及催化α,β-不饱和醛转移加氢性能研究
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批准号:2025JJ30007
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:刘平乐
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依托单位:
基于改性海泡石构筑甲醛低温氧化催化剂及催化性能研究
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批准号:2021JJ30658
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:刘平乐
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依托单位:
新型改性海泡石负载型镍基多金属催化剂构筑及催化己二腈加氢性能研究
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批准号:U1662127
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘平乐
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依托单位:
具有加氢和重排活性双功能催化剂构筑及催化硝基环己烷一步制备己内酰胺研究
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批准号:21276218
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘平乐
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依托单位:
在线反应红外技术研究新型加氢催化剂催化硝基环己烷制备环己酮肟
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批准号:20976148
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2009
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负责人:刘平乐
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依托单位:
国内基金
海外基金