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铜基单原子合金用于糠醛类化合物高效电催化加氢反应研究

批准号:
22109118
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:
孟格
依托单位:
学科分类:
碳基能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟格

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
糠醛类平台化合物的电催化加氢是其增值转化的新型绿色途径,克服了传统热化学加氢过程高能耗的缺点。然而,传统体相金属催化剂存在的催化活性弱、产物选择性差、法拉第效率低等问题限制了该技术的发展。为此,本项目拟通过碳纳米管阵列负载铜基单原子合金催化剂的可控制备,从高活性单原子位点的设计、低析氢活性铜基载体的应用以及高导电性自支撑电极的构建等方面来提升糠醛类化合物电催化加氢的活性、选择性及法拉第效率。结合反应历程监测、原位光谱学表征以及第一性原理计算等手段确定催化活性位点、分析电催化加氢机理,进而揭示其构效关系。本项目的开展对于开发高效单原子合金电化学加氢催化剂、深入研究电催化反应机理及推动生物质平台化合物电催化加氢转化具有重要意义。
英文摘要
The electrocatalytic hydrogenation of furfural platform compounds is a new green way for their value-added conversion, which overcomes the disadvantage of high energy consumption in traditional thermochemical hydrogenation processes. However, the poor catalytic activity and product selectivity, as well as low faradaic efficiency of traditional bulk metal catalysts limit the development of this technique. Therefore, in this project, we intend to construct the single-atom alloy catalyst supported on carbon nanotube arrays with multi-scale structural design of highly active single-atom sites, Cu-based carrier with low hydrogen evolution activity, and highly conductive self-supporting electrode to improve the activity, selectivity and faradaic efficiency for the electrocatalytic hydrogenation of furfural compounds. In addition, we will use the techniques of reaction process monitoring, in-situ spectroscopy characterization and first-principle calculations to identify the catalytic active sites, analyze the electrocatalytic hydrogenation mechanism, and demonstrate the structure-activity relationship. This project is of significance for exploring high-efficiency single-atom alloy electrocatalysts, understanding the electrocatalytic mechanism, and promoting the development of electrocatalytic hydrogenation conversion for biomass platform compounds.
生物质的高效转化利用是可持续生产生物燃料和衍生化学品的重要方案。电催化加氢是生物质增值转化的新型绿色途径,克服了传统热化学加氢过程高能耗的缺点,而高效电催化剂的设计开发是限制该技术发展的重要挑战之一。为此,本项目针对糠醛类平台化合物的高效电催化加氢转化,开展了铜基纳米线阵列负载贵金属单原子催化剂的精准构筑与性能调控研究。通过阳极氧化策略结合浸渍法实现了一系列M1/Cu单原子合金催化剂的合成,系统探究了贵金属的种类和负载量对电催化性能的影响,筛选出的Pd1/Cu-3%单原子合金纳米线阵列表现出最优的5-羟甲基糠醛电催化加氢活性,其在-0.5 V (vs. RHE)电压下对2, 5-呋喃二甲醇的选择性达到95.6%,同时法拉第效率达到86.4%,并表现出优异的循环稳定性。此外,基于生物质高效转化及高活性催化剂开发的研究方向,本项目还开发出Mo1Al/MgO、Ru1Zr1/Co、Ru-SAs/NPs@CMF、ZnCoO-NW等多种高效资源转化催化剂。相关工作的开展为高效电催化剂的开发及生物质平台化合物的资源化利用提供了新的思路和科学基础。
贵金属/稀土双单原子合金级联电催化木质素衍生酚类高效加氢脱氧反应研究
  • 批准号:
    22579130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    孟格
  • 依托单位:
国内基金
海外基金