基于原子层沉积构筑单原子Pd催化膜

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21776127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Membrane catalysis process is an important research area affecting the future of the chemical and petrochemical, and the key is to prepare high-performance catalytic membranes. Due to low contents of the active components in unit volume catalytic membranes, the catalytic efficiencies of the present catalytic membranes are lower, and cannot compete with the powder catalysts. As a result, the preparation and application of catalytic membranes are still on the laboratory scale. The project suggests a new idea to develop high-performance catalytic membranes based on the components themselves: loading single-atom Pd on the membrane surface and in the membrane pores using atomic layer deposition (ALD). The project focus on the following three key scientific issues: the influence laws of the membrane surface characteristics on the Pd nucleation and growth; the matching relationships between the diffusion rate of the precursor and the pore size and thickness of the membrane; the deactivation mechanisms of the catalytic membrane and the corresponding inhibiting methods. The aim of the project is to design and prepare the Pd catalytic membranes with high catalytic performance by systematically analyzing and studying the synthesis of Pd catalytic membranes with ALD, adjusting the membrane surface properties, building the structure-activity relationships of the catalytic membranes, developing the methods to inhibit the Pd microstructure evolution, and achieving the loading of single atom Pd on the membrane surface and in the membrane pores with high density and good stability. The implementation of the project would provide some references for the synthesis of catalytic membranes with high catalytic performance.
膜催化过程是影响化工与石油化工未来的重要研究领域,其核心是高性能催化膜的制备。催化膜的制备及应用还处于实验室探索研究阶段,其关键问题是由于单位体积膜面积的限制,催化膜中活性组份含量少,催化效率较低,同粉末催化剂相比不具竞争性。针对这一关键问题,本项目拟立足于活性组份本身,采用原子层沉积技术(ALD)在膜表面及孔道内负载单原子Pd催化剂,提高活性组份使用效率,构筑高性能催化膜。重点研究膜表面特性对Pd成核及生长的影响规律、前驱体扩散速率与膜孔径、厚度之间的匹配关系、催化膜失效及抑制机制等三个关键科学问题,系统剖析、研究ALD制备Pd催化膜过程,发展膜表面物性调控方法,构建Pd催化膜的构效关系,发展抑制Pd微结构演变的方法,实现单原子Pd在膜表面及孔道内的高密度负载,并保持良好的稳定性,设计、制备出催化性能优异的Pd催化膜。本项目的实施将为高性能催化膜的制备提供新的思路,促进催化膜的发展。

结项摘要

膜催化过程是影响化工与石油化工未来的重要研究领域,其核心是高性能催化膜的制备。由于单位体积膜面积的限制,活性组分含量少,催化膜催化效率较低,同粉末催化剂相比不具竞争性。针对这一关键问题,本项目立足于活性组分本身,采用原子层沉积技术(ALD)在膜表面及孔道内负载Pd催化剂,构筑高性能催化膜,主要研究进展如下。.1、基于陶瓷膜高的深径比、活性组分难以在膜孔道中沉积的特性,设计了专用反应腔、膜组件等,使前驱体气体通过强制对流方式,不断经过膜表面及孔道内部,在陶瓷膜的表面及孔道内部均负载活性组分。.2、利用原子层沉积技术在Al2O3陶瓷膜上沉积金属Pd,制备Pd/陶瓷催化膜,构建了催化膜反应器系统,着重研究了沉积参数,如Pd(hfac)2的脉冲时间、曝光时间,沉积温度,循环次数等对沉积Pd的微观结构及Pd/Al2O3催化膜催化性能的影响,发现沉积参数显著影响Pd/Al2O3催化膜的催化活性,适宜的沉积参数为:Pd(hfac)2脉冲时间0.3 s,Pd(hfac)2曝光时间120 s,沉积温度200 oC。.3、在陶瓷膜表面沉积TiO2等,并在不同气氛下煅烧,调节TiO2的表面化学环境,研究揭示陶瓷膜表面特性对Pd纳米颗粒与膜微结构的影响规律,发现在氢气气氛下煅烧能够显著增加TiO2氧空位浓度,促进Pd的沉积,提高催化膜的催化活性。以对硝基苯酚催化加氢为模型反应评估Pd/CM-TiO2-H催化膜的催化稳定性,采用XPS、TEM、ICP等技术对回收催化膜Pd/CM-TiO2-H的微结构进行了表征,揭示了催化膜微结构演变规律及失活机制。.以上研究过程中,在AIChE Journal、Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research等化工类期刊上发表SCI论文14篇;申请了发明专利5件。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Synthesis of ZIF-67 derived Co-based catalytic membrane for highly efficient reduction of p-nitrophenol
ZIF-67衍生的高效还原对硝基苯酚的钴基催化膜的合成
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2021.117160
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Qingqing Chen;Hong Jiang;Rizhi Chen
  • 通讯作者:
    Rizhi Chen
Facile synthesis of hierarchically porous carbons by controlling the initial oxygen concentration in-situ carbonization of ZIF-8 for efficient water treatment
通过控制 ZIF-8 原位碳化的初始氧浓度,轻松合成分级多孔碳,实现高效水处理
  • DOI:
    10.1016/j.cjche.2018.05.014
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemical Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Na Zhou;Yan Du;Chunyu Wang;Rizhi Chen
  • 通讯作者:
    Rizhi Chen
Pd nanoparticles loaded on two-dimensional COFs with enhanced catalytic performance for phenol hydrogenation
二维 COF 上负载的 Pd 纳米粒子具有增强的苯酚加氢催化性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Fengnan Wang;Jiuxuan Zhang;Yanhua Shao;Hong Jiang;Yefei Liu;Rizhi Chen
  • 通讯作者:
    Rizhi Chen
Hierarchical Pd/UiO-66-NH2-SiO2 nanofibrous catalytic membrane for highly efficient removal of p-nitrophenol
多级Pd/UiO-66-NH2-SiO2纳米纤维催化膜高效去除对硝基苯酚
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2021.119731
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Separation and Purification Technology
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Xinru Zhu;Zhiwei Pan;Hong Jiang;Yan Du;Rizhi Chen
  • 通讯作者:
    Rizhi Chen
Flexible hierarchical Pd/SiO2-TiO2 nanofibrous catalytic membrane for complete and continuous reduction of p-nitrophenol
柔性分级 Pd/SiO2-TiO2 纳米纤维催化膜可完全连续还原对硝基苯酚
  • DOI:
    10.1080/17458080.2021.1904137
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Journal of Experimental Nanoscience
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhiwei Pan;Xinru Zhu;Hong Jiang;Yefei Liu;Rizhi Chen
  • 通讯作者:
    Rizhi Chen

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其他文献

制备条件对钯催化膜催化性能的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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一体式陶瓷膜反应器在对硝基苯酚催化加氢中的应用
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邢卫红
镍/陶瓷复合膜的制备及表征
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    范益群;张春花;陈日志;邢卫红
  • 通讯作者:
    邢卫红
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李朝辉;卜真;陈日志;邢卫红
  • 通讯作者:
    邢卫红

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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