分子限域对Ni-Zn有序合金结构的可控诱导及丙烷脱氢性能强化机制研究
批准号:
22102060
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:
马瑞
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马瑞
中文摘要
本项目针对丙烷脱氢高温反应条件下C-H选择性活化转化难以控制和催化剂活性组分易烧结团聚的难题,基于金属Ni良好的C-H键活化能力以及Zn原子结构调控的灵活性,以负载型非贵金属Ni-Zn金属间化合物催化剂为创新研究对象,另辟蹊径地提出以异核双金属络合物为前驱体的水热合成法诱导产生Ni-Zn键的设想,系统开展含高度有序Ni-Zn键负载型催化剂的方法设计和精准合成,并揭示其在C-H键活化转化中的强化作用机制,以期通过原子/分子水平的精细调控,实现大幅度提升丙烷脱氢丙烯选择性和催化剂稳定性。通过项目研究,解决“异核双金属络合物组成结构及催化剂前驱体转变条件协同控制”及“Ni-Zn键合方式和键合程度对C-H键活化转化方式的影响机制”两个关键科学问题。形成一套非贵金属有序合金催化材料的可控制备和精准调控技术,获得一类具有应用潜力的丙烷脱氢新型Ni基催化剂。
英文摘要
Aiming at the challenges of selective conversion of C-H and easy sintering of active components of catalyst under high temperature reaction conditions, this project focus on a new way to construct Ni-Zn intermetallic catalyst for propane dehydrogenation. Basing on the excellent C-H activation ability of Ni and the flexibility of Zn atomic structure control, a hydrothermal synthesis method using hetero-nuclear bimetallic complex as a precursor is taken to induce the formation of Ni-Zn bonds. Systematically studying its mechanism in the activation and conversion of C-H bond at the atomic/molecular level, in order to achieve a significant enhancement of the selectivity and stability for propane dehydrogenation. Through the research, two critical scientific problems should be solved: (1) the synergistic controlling of composition and its structure transformation of hetero-nuclear bimetallic complexes; (2) the influence of type and degree of Ni-Zn bonds on electronic and geometric effect among Ni sites and catalytic performance. The implementation of this project will develop a controllable preparation and precise regulation technologies for supported ordered alloy catalysts, and a new type of promising Ni-based catalyst for propane dehydrogenation can be obtained.
丙烷脱氢制丙烯是重要的工业生产过程,而高效脱氢催化剂的创制是实现丙烷脱氢过程强化的关键。本项目围绕镍基催化剂的位点设计与可控构筑,系统开展了催化剂制备方法、活性中心精细结构表征、反应构效关系及催化机理相关方面的研究,取得了以下主要结果:.(1)根据Ni2+离子络合配位特性,通过改变离子配体种类调控了负载过程中金属离子与载体的相互作用,成功制备了不同结构的Ni活性中心,并通过一系列先进表征、脱氢动力学测试、和DFT计算,揭示了丙烷脱氢优势活性中心的原子配位结构;开发的氧化铝晶格限域Ni单原子催化剂(Ni1/Al2O3)在丙烷脱氢反应中表现出优异丙烯选择性(>93%)和再生稳定性(>50 h)。.(2)针对丙烷分子C-H键断裂后活性氢在Ni1-O4位点强吸附导致丙烷脱氢活性低的问题,采用络合浸渍法在Ni1/Al2O3催化剂中引入无C-H键活化能力的Ag团簇作为氢脱除中心,Ni1-Agclu双位点的协同作用促进了活性氢的转移和脱除,相比于Ni1/Al2O3单原子催化剂(脱氢速率:225mmolC3H6/gNi/h),Ni1-Agclu/Al2O3催化剂在脱氢选择性进一步提高的基础上(>97%)大幅度提高了Ni基催化剂的脱氢活性(557mmolC3H6/gNi/h)。.(3)基于金属Ni2+和Zn2+离子络合封装特点,将柠檬酸与乙二胺络合、水热碳化后形成的Ni2+、Zn2+离子掺杂碳点与硅源前驱体混合,经过晶化-焙烧-还原过程,获得了分子筛封装的Ni-Zn双金属催化剂(NiNPs+Zn1@S-1);丙烷脱氢反应动力学测试表明催化剂的活性位点为Zn-O原子集团,金属Ni颗粒则作为氢脱附中心,通过转移Zn-O位点处的活性氢实现脱氢活性和选择性的提高。.(4)通过对Ni基催化剂的研究和丙烷脱氢催化规律的进一步认识,本项目将金属前驱体分子限域合成策略扩展到了其它活性金属合金结构的可控合成,包括金属间化合物、金属磷化物等结构的高效脱氢催化剂。
大口径管件智能化矫直关键技术研究
-
批准号:50805126
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2008
-
负责人:马瑞
-
依托单位:
国内基金
海外基金