MCM-41限域的Ni基催化剂N-乙基咔唑催化储氢研究
批准号:
22108207
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:
盛强
依托单位:
学科分类:
能源化工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
盛强
中文摘要
N-乙基咔唑(NEC)类含氮有机液体储氢量高、储放氢可逆且温度低,被认为是最具潜力的氢载体之一。开发高活性、高12H-NEC选择性、廉价Ni催化剂是NEC推广应用的关键。由于NEC的部分加氢产物4H-NEC和8H-NEC与Ni催化剂作用较弱,导致12H-NEC选择性较低。针对这一难题,申请人提出以下思路(1)利用MCM-41分子筛的限域作用增加中间产物浓度使反应向正向移动;(2)在MCM-41中引入酸中心增强分子筛与Ni相互作用、引入电负性较强的P元素形成NixP使Ni金属纳米粒子形成缺电子结构,增强其与中间产物的作用,提高催化剂加氢活性与12H-NEC选择性。本项目拟在前期工作基础上,系统研究分子筛酸中心与Ni/P比对Ni催化剂结构与加氢性能的影响,开发具有较高活性与12H-NEC选择性的催化剂;通过原位表征与动力学研究,揭示NEC加氢反应机理,为NEC储氢技术提供理论依据与技术支撑。
英文摘要
Nitrogenous liquid organic compounds such as N-ethycarboze (NEC) have high hydrogen storage capacity, reversible hydrogen storage and release at moderate temperature, making it one of the most promising hydrogen carriers. Construction of unexpensive Ni catalysts with high activity and selectivity of 12H-NEC is the key to the application of NEC. The weak interaction between Ni particles and the NEC hydrogenation intermediates, e.g. 4H-NEC and 8H-NEC, leads to the low selectivity of 12H-NEC. To solve this problem, the applicant propose the following two strategies to increase the hydrogenation activity and 12H-NEC selectivity of the Ni catalyst. The first one is to increase the concentration of intermediate products on the catalyst active site by using the confined effect of MCM-41 mesoporous molecular sieve, which will push the hydrogenation reaction moving forward; The second one is to enhance the interaction between Ni particles and intermediates by introducing the acid site to MCM-41 and forming electro-deficient structure of Ni by doping the electronegative P element in Ni to generate NixP. Based on the previous work, the influence of acid site and Ni/P ratio on the structure of Ni catalysts and its hydrogenation performance will be systematically investigated, and the hydrogen storage catalyst with high activity and 12H-NEC selectivity will be developed in this project. The hydrogenation reaction mechanism of NEC will be revealed by the in-situ characterization and kinetic study. The above results will provide theoretical basis and technical support for the NEC hydrogen storage technology.
N-乙基咔唑(NEC)类含氮有机液体储氢量高、储放氢可逆且温度低,被认为是最具潜力的氢载体之一。开发高活性、高12H-NEC选择性、廉价Ni催化剂是NEC推广应用的关键。针对NEC加氢反应中间产物4H-NEC和8H-NEC与Ni基催化剂作用弱的问题,开展了三方面的研究,获得以下重要结果。.1)研究了Ni/MCM-41催化剂结构及其NEC加氢性能,揭示了金属Ni纳米粒子在载体上的分布规律,以及载体对Ni纳米粒子表面电子密度的影响规律,阐明了Ni纳米粒子在不同载体上分布和表面电子密度对NEC储氢性能的影响规律;揭示了Ni在MCM-41载体孔道内外表面分布的精确调控方法和Ni在MCM-41载体表面分布对Ni纳米粒子物理化学性质的影响规律,阐明了Ni纳米粒子在MCM-41表面分布对NEC储氢的构效关系;揭示了载体孔道直径和长度对NEC储氢性能的构效关系;揭示了Al3+离子引入对载体和Ni/MCM-41催化剂酸性的影响规律,获得了酸性精确调控方法,阐明了酸性质对Ni纳米粒子结构的影响规律,获得了酸中心引入对NEC加氢性能的影响规律。.2)研究了NixP/MCM-41催化剂结构及其NEC加氢性能,过渡金属磷化物催化剂上CO2储氢制甲醇的性能,揭示了NixP催化剂和NixP/MCM-41催化剂组成调控方法;阐明了P元素的引入对Ni纳米粒子结构的影响,获得了Ni/P摩尔比对NEC储氢性能的影响规律;在宽温度范围内(120~850℃),温度分辨的揭示了过渡金属磷化物催化剂上CO2储氢制甲醇反应规律,阐明了铈和钛氧化物的引入对过渡金属磷化物催化剂结构和析氢性能的影响规律,获得了铈和钛氧化物改性的过渡金属磷化物催化剂的CO2储氢构效关系。.3)研究了Ni基催化剂NEC加氢反应动力学,获得了Ni基催化剂上NEC加氢催化剂表面中间物种的变化规律,揭示了Ni基催化剂上NEC加氢反应机理。.本项目研究成果可以为高活性有机液体储氢非贵金属Ni催化剂的制备提供理论指导,为高活性非贵金属催化剂设计与开发提供可行的方案。
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