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多相催化中的电子助催剂作用机制研究

批准号:
21932001
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
吴凯
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴凯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
助催剂包括结构和电子两大类,在多相催化中常用来稳定催化剂结构和提高催化性能。原子层次上电子助催剂的微观作用机制研究至今甚少。本项目利用超高空间分辨的扫描探针显微镜、表面科学技术、催化表征方法和理论模拟与计算研究金属和负载型金属模型催化剂表面上电子性助催剂对催化剂金属表面的结构、电子性质以及探针分子的活化与反应性质的微观作用机制。这涉及不同助催剂对导电性的金属模型催化剂以及弱导电性乃至绝缘的负载型金属模型催化剂表面的助催作用。项目选用CO加氢或氧化,CO2解离或加氢、N2解离和乙烯环氧化反应作为催化探针反应,碱金属Na、K和Cs及其氧化物以及卤素元素Cl和Br及其化合物为助催剂。
英文摘要
Promoters can be categorized into structural and electronic ones which are frequently employed to stabilize structures and augment catalytic performances of heterogenous catalysts, respectively. The working mechanisms of electronic promoters at the atomic level are, however, rarely explored before. In the project, ultra-high spatial resolution scanning probe microscopy, surface science techniques, catalysis characterization methodologies as well as theoretical simulations and calculations will be utilized to study the effects of electronic promoters on surface structures, electronic properties, molecular activations and catalytic reactions of metal and supported metal catalysts. It involves two types of electronic promoters, namely, alkali elements and their oxides as well as halogen elements and their compounds, on conducting metal catalysts and weakly conducting or insulating supported metal catalysts. Selected probe reactions include CO hydrogenation or oxidation, CO2 decomposition or hydrogenation, N2 dissociation and ethylene epoxidation. Targeted electronic promoters consist of alkali Na, K, Cs and their oxides as well as halogen elements Cl, Br and their compounds.
本项目针对多相催化中助催剂的微观作用机制,利用具有超高空间分辨率的扫描探针显微镜等表面科学技术和理论模拟计算方法,研究了金属和负载型金属模型催化剂上电子性助催剂对催化剂金属表面结构、电子性质以及探针分子的活化与反应性质影响,取得了一系列研究成果。本项目建立了局域电荷转移的可视化方法,在原子水平上探测了助催化剂如碱金属K、Cs和卤素Br的表面吸附结构与电子性质,实现了钾原子荷电状态的可逆转换,并研究了乙烯聚合、CO氧化、CO2解离、乙烯环氧化和α-烯烃制乙炔等反应的表面催化机制。首次在分子尺度上利用反应可视化技术观察乙烯聚合反应,深入理解了Phillips催化剂的链引发机制;在原子水平上表征了Ni单原子和单离子催化剂在CO氧化反应中的性能,揭示了CO2高活性解离机制;利用碱金属静电相互作用在表面构筑无缺陷的分形结构,发展了制备原子厚度二维模型催化材料新方法,合成了多种复合片状材料,为催化研究提供了新的视角和工具。执行期间,本项目共在国内外重要期刊上发表论文23篇,包括Science(1篇),Nat. Synth.(1篇),Nat. Commun.(1篇),J. Am. Chem. Soc.(5篇)和Angew. Chem. Int. Ed.(1篇)等;申请专利6项,已获授权1项。本系列研究为揭示助催剂微观作用机制、应催化剂设计制备以及催化反应性能调控提供了科学认知和技术基础。
化学新前沿学术研讨会
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    1.53万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    吴凯
  • 依托单位:
组装调控表面反应及其应用
  • 批准号:
    91527303
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    330.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    吴凯
  • 依托单位:
金属表面结构控制与分子反应调控的研究
  • 批准号:
    21333001
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    320.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    吴凯
  • 依托单位:
表面反应的基本物理化学问题探究
  • 批准号:
    20973004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    吴凯
  • 依托单位:
国内基金
海外基金