小分子直接合成石墨烯基複合納米催化劑

《小分子直接合成石墨烯基複合納米催化劑》是依託上海交通大學，由李新昊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：小分子直接合成石墨烯基複合納米催化劑
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李新昊
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

在以碳材料特別是石墨烯材料為催化劑的諸多新型套用領域中，石墨烯材料的宏量製備、雜原子摻雜程度與分布的控制、比表面積的保持以及納米結構的調控依然是限制其實際套用和性能改進的主要因素。本項目以催化套用為導向，通過控制合成條件來調控石墨烯基催化材料的組成、結構以及與其他材料的複合，進而實現催化性能的最佳化。同時，探索從小分子有機原料直接宏量合成石墨烯基催化劑的方法，以解決制約相關催化劑工業套用的瓶頸問題。本項目有助於探索從原子分子水平對石墨烯材料進行結構調整的方法，找到結構和組成與催化性能的正相關性，提高催化轉化效率，完善石墨烯基催化材料的催化反應體系特別是綠色催化反應體系，以實現功能導向的石墨烯催化劑的設計合成。

結題摘要

近年來，以石墨烯結構為基礎的碳基納米材料以其高熱穩定性，大比表面積和豐富活性位點等結構特徵，在催化領域展露出良好的發展趨勢。為解決制約石墨烯基相關催化劑工業套用中大批量製備困難，活性低等瓶頸問題，一方面我們利用廉價小分子的熱聚合反應，設計合成了一系列石墨烯結構碳基複合納米材料，圍繞材料的巨觀製備，結構組成，以及電子結構與催化性能之間的相互關係進行了深入研究。另一方面通過半導體-金屬界面上的Mott-Schottky效應構築了高度耦合的金屬/半導體界面，調節金屬粒子的電荷密度，從而達到提高催化反應活性的目的。經過研究表明，石墨烯結構和類石墨烯結構碳基複合材料在電催化氧氣還原，電催化和生物質產氫，以及液相氧化，氫化等綠色有機催化反應中表現出優異的催化活性和循環穩定性，這歸結於催化劑合理的納米化設計和複合組分與載體間Mott-Schottky電子誘導效應對於材料催化活性的增強作用。新型的綠色可持續催化反應體系要求反應底物環保，反應過程低能耗，零排放並且無添加劑和副產物，套用Mott-Schottky載體效應概念合成設計的類石墨烯結構碳基複合材料將有望實現這一目標。