小尺寸金纳米粒子的稳定化与催化功能化设计及其催化中高温反应探索

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21673226
  • 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:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The poor thermal stability of gold nano-catalyst inhabits not only the commercial use but also the application in catalytic reactions at high temperatures. The applicant have successfully stabilized gold nanoparticles by using magnesium gallate spinel as support based on the proposed strategy of constructing lattice matched epitaxial interface between metal and oxide support. The sizes of gold nanoparticles on magnesium gallate spinel remain at about 3 nm after aging at 800 ºC for 28 days! In this proposal, the stable gold-spinel ensemble will be studied as a catalyst directly and as a component for furthering combing with typical “active support” oxide to form new catalytic active structures, in which way the stabilization and catalytic functionalization of small-sized gold nanoparticles can be realized simultaneously. Probe reactions like CO oxidation and methanol selective oxidation will be used to determine the effect of introducing specific oxide onto the gold-spinel ensemble. The relationships between the structures of modified catalysts and their catalytic function will be established and used to guide further optimizations. For the purpose of extending the application of gold nano-catalysts, selected catalysts will be applied in conversions of resource small molecules at high temperatures, for example, dehydrogenation of light alkane to alkene. With successful execution of this project, a universal method for rational constructing of gold nano-catalysts with high activity and high stability can be established. Moreover, this will provide critical guidance for design on the stabilization and catalytic functionalization of other metal nanoparticles.
纳米金催化剂热稳定性差的缺点不但制约了其工业化进程,也限制了其在中高温催化反应中的应用。申请人基于其首倡的构筑晶格匹配的金属与载体氧化物外延界面策略,研究发现镓酸镁尖晶石可有效稳定金纳米粒子,经800℃焙烧28天后金粒子尺寸仍可小于3纳米。本申请基于金与镓酸镁尖晶石这一稳定组合,拟将其直接用作催化剂,或将其作为被稳定的金纳米粒子继续与常规“活性载体”氧化物复合以形成新的催化活性结构,以期同时实现小尺寸金纳米粒子的稳定化与催化功能化。以CO氧化和甲醇选择氧化作为探针反应,探测活性氧化物引入对其催化功能的调控规律,建立催化剂结构与功能关系,并用于指导催化剂结构优化;将优选的催化剂用于催化中高温资源小分子转化,如低碳烷烃脱氢制烯烃反应,拓展纳米金催化剂应用领域。本项目的实施,有望建立一种普适的高活性和高稳定性金纳米催化剂的创制方法,并对其他金属纳米粒子的稳定化和催化功能化设计提供理论指导。

结项摘要

本项目成功制备了一系列抗高温烧结的以MgGa2O4尖晶石为载体的负载型贵金属催化剂。通过多种表征手段和密度泛函理论(DFT)计算揭示了该催化剂体系的稳定结构和稳定机制,以CO氧化、丙烯燃烧和甲醇选择性氧化以及丙烷脱氢制烯烃为探针反应考察了催化剂结构和功能的关系。提出了金属-氧化物“异质孪晶”稳定机理并发展和验证了“先稳定、再活化”这一金纳米粒子稳定化及催化功能化的普适方法。由于纳米Au催化剂具有显著的载体效应,氧化还原性的载体负载的Au纳米催化剂往往可表现出较高的催化活性。我们发现在高温抗烧结的Au/MgGa2O4催化剂表面进行CeO2助剂的修饰可显著提高Au/MgGa2O4催化水汽变换、甲烷燃烧以及CO氧化的反应活性。对水汽变换反应而言,CeO2助剂的添加可将Au/MgGa2O4-800oC-5h样品在450 oC温度下的CO转化率由~1.5%提高至~34.0%;对甲烷燃烧和CO氧化反应而言,CeO2助剂的添加可将甲烷和CO的起燃温度分别降低80 oC和100 oC左右。金基双金属催化剂能显著提高催化活性和选择性以及稳定性,例如,Au-Pt/MgAl2O4催化剂催化丙烷脱氢和Au-Ni/MgAl2O4催化剂催化干甲烷化反应都表现出显著的双金属协同作用。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Water-saving dry methanation for direct conversion of syngas to synthetic natural gas over robust Ni0.1Mg0.9Al2O4 catalyst
通过坚固的 Ni0.1Mg0.9Al2O4 催化剂将合成气直接转化为合成天然气的节水干甲烷化
  • DOI:
    10.1016/j.jcat.2019.06.021
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Wang Fen;Zhang Jing Cai;Chen Zhi Qiang;Lin Jing Dong;Li Wei Zhen;Wang Yong;Chen Bing Hui
  • 通讯作者:
    Chen Bing Hui
Effect of the degree of dispersion of Pt over MgAl2O4 on the catalytic hydrogenation of benzaldehyde
Pt在MgAl2O4上的分散程度对苯甲醛催化加氢的影响
  • DOI:
    10.1016/s1872-2067(17)62815-8
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    16.5
  • 作者:
    Yan Feng;Zhao Caixian;Yi Lanhua;Zhang Jingcai;Ge Binghui;Zhang Tao;Li Weizhen
  • 通讯作者:
    Li Weizhen
Strong metal-support interaction promoted scalable production of thermally stable single-atom catalysts
强金属-载体相互作用促进热稳定单原子催化剂的规模化生产
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-15410-w
  • 发表时间:
    2020-03-09
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Liu, Kaipeng;Zhao, Xintian;Zhang, Tao
  • 通讯作者:
    Zhang, Tao
Effect of group IB metals on the dehydrogenation of propane to propylene over anti-sintering Pt/MgAl2O4
IB族金属对抗烧结Pt/MgAl2O4上丙烷脱氢制丙烯的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jcat.2018.08.001
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Ren Guo-Qing;Ren Guo-Qing;Pei Guang-Xian;Pei Guang-Xian;Ren Yu-Jing;Ren Yu-Jing;Liu Kai-Peng;Liu Kai-Peng;Chen Zhi-Qiang;Yang Jing-Yi;Yang Jing-Yi;Su Yang;Liu Xiao-Yan;Liu Xiao-Yan;Li Wei-Zhen;Li Wei-Zhen;Zhang Tao;Zhang Tao
  • 通讯作者:
    Zhang Tao
Coke-resistant Au-Ni/MgAl2O4 catalyst for direct methanation of syngas
用于合成气直接甲烷化的抗焦Au-Ni/MgAl2O4催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2019.03.028
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Wang Fen;Zhang Jing Cai;Li Wei Zhen;Chen Bing Hui
  • 通讯作者:
    Chen Bing Hui

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其他文献

Pt在MgAl_2O_4载体上的分散程度对催化苯甲醛加氢反应影响(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    催化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鄢峰;赵才贤;易兰花;张景才;葛炳辉;张涛;李为臻
  • 通讯作者:
    李为臻

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高热稳定性铂基纳米合金催化剂的构筑及其催化甲烷部分氧化制合成气反应研究
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    21403213
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  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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