金属单原子负载钙钛矿YbMnO3铁电体纳米结构低温CO氧化机制研究
批准号:
52072230
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱刚强
依托单位:
学科分类:
其他无机非金属材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱刚强
中文摘要
本项目针对贵金属复合催化剂对CO催化能效低、成本高的缺点,拟利用过渡金属单原子(SA)的高催化活性,YbMnO3钙钛矿铁电体的自发极化特性以及温度和化学稳定的特点,构筑SA/YbMnO3复合CO热催化体系。考察不同暴露晶面YbMnO3纳米结构、表面缺陷、SA类型及负载量对CO催化性能的影响,通过分析催化剂的物相结构与催化活性的构效关系,实现对复合体系中SA类型、负载量以及YbMnO3结构的调控;探究YbMnO3的铁电自发极化特性对SA/YbMnO3界面以及CO、O2和CO2分子吸附的影响;通过理论计算模拟YbMnO3载体与SA之间、载体体相与表面之间的电子传输以及铁电自发极化对表面CO吸附和O2活化的影响,从而揭示SA/YbMnO3复合催化剂对CO低温催化的耦合机制。该项目研究可为高效、稳定、经济的SA/钙钛矿铁电体复合催化剂的设计与制备开辟新的途径和提供理论支持。
英文摘要
By considering the issue of poor stability and low efficiency of noble metal-based catalysts for carbon monoxide oxidation, this project proposes the construction of SA/YbMnO3 composite for CO thermo-catalytic due to the features of YbMnO3 ferroelectric materials with spontaneous polarization, temperature and chemical stability and the characteristics of single metal atom (SA) in low-cost and with excellent catalytic activity. The effects of the exposed crystal faces of YbMnO3 nanostructures, surface defects, SA types and the content loading on CO catalytic performance are investigated. By analyzing the phase structure-catalytic activity relationship of the composite catalyst, the SA type, loading amount and YbMnO3 structure in the composite catalysts would be controlled. The influence of YbMnO3 ferroelectric spontaneous polarization on the SA/YbMnO3 interface and the adsorption of CO, O2 and CO2 molecules on the catalyst surface are also investigated. Furthermore, the electronic transfer between the YbMnO3 and SA, also the bulk and surface of YbMnO3, and the ferroelectric spontaneous polarization on CO adsorption and O2 activation are simulated by theoretical calculation. Finally, the synergistic effect mechanism of SA/YbMnO3 composite on the catalytic oxidation of CO at low temperature will be revealed. The research of this project can contribute a new way and provide theoretical guidance for the design and preparation of efficient, stable and low cost SA/Perovskite ferroelectric composite for CO catalyst.
构建金属-载体复合催化体系以实现催化氧化去除CO,以解决环境污染问题,已成为近年来研究的热点领域之一。本研究项目以镱基锰酸盐(YbMO3和YbMn2O5)作为复合结构载体(YMO),通过缺陷工程、表面功能化以及金属-载体界面优化等策略,旨在制备出具备高效氧活化能力的金属-镱基锰酸盐复合催化体系。通过将具有较大离子半径的Ce离子掺杂入YMO材料中,实现了局部电荷重排和缺陷结构的重构。该过程在保持载体晶体结构的物相稳定性的同时,调整了催化剂表面与小分子间的相互作用力,增强了氧气的活化能力,并降低了表面CO2的吸附能。这一系列变化有效避免了催化剂表面的中毒现象,在30 h连续CO催化氧化反应过程中,仍保持着100%的CO氧花率;显著提升了表面CO催化氧化的活性性能,将CO完全氧化温度从553oC降低到175oC。本研究成功制备了稀土Ce离子掺杂的YMO 纳米结构,并对其催化性能的影响规律进行了深入探讨。通过系统研究,揭示了稀土离子掺杂与YMO结构之间的协同增强作用机理。此外,通过载体修饰和筛选策略,成功获得了具有丰富表面缺陷的镱基锰酸盐载体。该策略有效提升了催化剂表面金属的锚定能力和结构稳定性,进而显著增强了催化剂的催化活性和催化稳定性。本研究构建了具备金属-载体强相互作用的Au-YMO纳米异相结复合结构,显著提升了氧气分子的吸附与活化能力。Au/YMO可在65oC-400oC温度区间内实现CO的完全氧化。在380 h的长时间和宽温区范围的催化过程中,Au/YMO仍保持着结构稳定性,抑制了表面Au纳米颗粒的团聚。通过深入探究,揭示了金属-载体强相互作用在催化氧化反应中的作用机理,并成功制备了在低温区域具有高转化效率的Au-YMO复合催化材料。通过一系列实验表征手段,分析了在低温液相环境下Au-YMO间金属-载体强相互作用的形成机制。本研究为金属-载体复合催化材料的开发与应用提供了实验和理论上的支持。
暴露特殊封端原子锰酸铋负载亚纳米金属团簇选择性传感机制研究
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批准号:52372153
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项目类别:面上项目
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资助金额:52.00万元
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批准年份:2023
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负责人:朱刚强
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依托单位:
稀土离子掺杂诱导α/β-Bi5O7I异相结光催化材料的构建及其光生电荷传输行为的研究
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批准号:51772183
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:朱刚强
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依托单位:
CdS/CdSe量子点共敏化TiO2纳米线阵列基薄膜太阳能电池及性能研究
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批准号:51102160
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2011
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负责人:朱刚强
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依托单位:
国内基金
海外基金