芳環加氫炭負載型多相催化劑的多尺度設計及研製

《芳環加氫炭負載型多相催化劑的多尺度設計及研製》是依託浙江大學，由王勇擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：芳環加氫炭負載型多相催化劑的多尺度設計及研製
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王勇
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

多孔炭負載的納米金屬催化劑在多相催化領域起著十分重要的作用，近年來隨著氮摻雜炭材料的出現及不斷發展，氮摻雜的多孔炭材料負載的納米金屬催化劑表現出的優異性能受到了人們的廣泛關注，然而如何設計並製備高活性、高選擇性的氮摻雜炭材料負載金屬催化劑並深入理解其催化作用本質依然是一個具有挑戰性的課題。本項目擬設計製備氮摻雜的多級孔炭材料負載納米金屬用於催化芳環類化合物的選擇性加氫反應，從涉及到載體和金屬之間相互作用的原子、分子尺度以及涉及到擴散與傳質的原子群尺度深入探索研究氮摻雜及多級孔結構對反應的影響規律，揭示催化劑的微觀結構與催化活性之間的內在本質聯繫，為新型氮摻雜多級孔炭負載納米金屬催化劑的設計和製備提供重要的參考與指導。

結題摘要

在化學工業中，絕大部分產品的生產開發都涉及到多相催化，負載型多相催化劑的多尺度設計及研製在化學化工領域具有重要的理論意義和實用價值。影響負載型多相催化劑效率的關鍵在於載體的設計、活性中心的微觀調控以及載體與活性中心的協同。因此，負載型多相催化劑的設計與研製必須要考慮到原子、分子水平的相互作用與分子群水平的擴散與傳質等多個尺度對催化反應性能的影響。本項目以芳環化合物催化加氫為模型反應，針對炭負載型多相催化劑中多孔炭載體的設計、金屬納米顆粒的基元調控以及金屬-炭強相互作用的構建進行探索最佳化。項目發明的“發泡法”有效結合物理膨脹和化學活化，以原始生物質及其衍生物為碳源，以碳酸鹽或碳酸氫鹽為活化劑，製備得到大孔、介孔及微孔豐富的多級孔炭材料。這種多級孔道結構一方面可在多尺度上加速傳質，甲苯加氫性能提升一個數量級左右；另一方面可有效分散金屬活性組分，利於多個金屬組分的均勻混合，形成結構均勻的納米合金催化劑，多組分之間的協同作用明顯提升苯甲酸的催化加氫性能。此外，該方法還可通過採用含氮的原料對多級孔炭進行原位氮摻雜，氮元素的引入一方面增強金屬活性組分與炭載體的相互作用，提升催化劑的穩定性，另一方面改變納米金屬的電子結構，進而精準調控反應活性和選擇性，實現目標產物的可控合成。