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超细双金属纳米催化剂反应条件下动态结构转变的原位同步辐射研究

批准号:
12075243
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
孙治湖
依托单位:
学科分类:
光束线技术与实验方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙治湖

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
超细双金属纳米颗粒是一类具有重要应用前景的新型催化剂,但它们在催化反应过程中容易发生颗粒聚集或结构变化,从而影响催化活性和稳定性。揭示它们在催化反应过程中的真实微观结构和协同效应对理解其催化现象和本质至关重要。本项目拟通过多种液相反应和金属-载体相互作用的方式,设计合成对重要的氧化或加氢反应具有优异催化性能的负载型Pt-M(M=Fe、Co、Ni)超细双金属催化剂。利用原位变温同步辐射XAFS和DRIFTS技术,追踪研究在催化反应过程中该催化剂的双金属成分可能发生的表面偏析、合金化、氧化还原等变化过程,获得有关颗粒尺寸、化学组成、配位形式和电子结构等的动态信息,以及反应中间物的形成和转化途径。再结合密度泛函理论对表面吸附自由能的计算与过渡态搜索,以及催化反应动力学测试等,明确活性中心的特征,揭示双金属成分间的几何和电子协同作用机理,为合理设计构筑新型双金属纳米催化剂提供有益借鉴。
英文摘要
Ultrafine bimetallic nanoparticles are a category of novel catalysts with promising applications, but they are prone to particle agglomeration and structure transformations because of their large surface energy and high mobility of atoms therein. Therefore, uncovering the real microscopic structures and synergetic effects in ultrafine bimetallic nanoparticles under reaction conditions is of critical importance for understanding the origin of their catalytic performances. In this project, we are going to synthesize via wet chemistry methods various supported ultrafine Pt-M (M=Fe, Co, Ni) nano-catalysts that are highly active for selected oxidation and/or hydrogenation reactions. Temperature-dependent in situ XAFS and DRIFTS characterizations will be combined to track the dynamic structure evolutions, including changes in particle size, surface segregation, alloying/dealloying, oxidation/reduction, of these supported bimetallic catalysts under real catalytic conditions, as well as to monitor the creation and transformation of reaction intermediates. DFT calculations of the potential energy surface and transition states combined with catalytic kinetics measurements will help to determine the atomic/electronic structures of active sites, to enrich our understanding on the synergistically geometric or electronic effects of the bimetallic components. This project could provide valuable hints for rational design and precise construction of novel bimetallic catalysts.
揭示超细双金属催化剂在催化反应过程中的真实微观结构,对于从原子分子水平理解其结构-性能之间的关系具有重要的科学价值。本项目采用多种液相化学反应策略,成功制备了Pt-Co、Pt-Fe、Pt-Ni、Pt-Ti、Pt-Sn、Pt-In、Cu-Co等多种超细双金属纳米团簇(粒径小于1 nm)和纳米颗粒(粒径在1–2 nm之间),测试了它们在CO氧化、氨硼烷水解产氢、丙烷直接脱氢、电催化析氢反应、氧还原反应等多种多相催化或电催化反应中的催化活性、选择性和稳定性,得到了多种性能优异的双金属催化剂。利用同步辐射X吸收谱学技术(XAFS)、同步辐射漫反射傅里叶变换红外谱(DRIFTS)、同步辐射X射线光电子能谱(XPS),结合高分辨电子显微镜(HRTEM)、球差校正的环形高角暗场扫描隧道显微镜(ac-HADDF-STEM)等常规技术,揭示了性能优异的金属催化剂的微观结构特征。并利用原位XAFS和原位DRIFTS技术,追踪研究了多种双金属催化剂在不同催化反应过程中可能发生的表面偏析、合金化、去合金化、包覆、氧化还原、聚集长大等结构变化过程。结合理论计算分析,在原子分子水平上明确了催化活性中心的存在形式及其演变,揭示了不同催化剂的结构和其催化活性的关系,加深了对相关催化机制的理解,为合理设计和构筑工业上有实用价值的新型催化剂提供了有益借鉴。
负载型金属纳米团簇催化剂中金属-载体相互作用的原位研究
  • 批准号:
    12375329
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    孙治湖
  • 依托单位:
同步辐射operando技术研究纳米团簇的催化反应动力学行为
  • 批准号:
    U1632263
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    230.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    孙治湖
  • 依托单位:
原位同步辐射技术研究金属纳米团簇生长和表面修饰的动力学过程
  • 批准号:
    11475176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    100.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    孙治湖
  • 依托单位:
金属纳米结构液相合成动力学过程的原位XAFS研究
  • 批准号:
    11175184
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    孙治湖
  • 依托单位:
国内基金
海外基金