α-MnO2低温催化苯系物开环路径的晶面依赖性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51908091
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E1005.空气污染控制
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Low-temperature catalytic oxidation technology shows great potential in the treatment of volatile organic compounds (VOCs). Manganese oxides possess better catalytic activity. This project aims to solve the key scientific issues in the catalytic degradation mechanism and the facet dependency of the ring-opening pathways of benzene series catalytic decomposed by α-MnO2 catalysts. In this research, the first principles method and experimental characterizations will be combined. The proposal will optimize the preparation process conditions systematically and synthesize α-MnO2 catalysts with different facets controllably. The impact of preparation process on catalytic microstructure will be summarized. Meanwhile, the relationship between the microstructure of catalysts and catalytic performance will be established. The activation energy of intermediate products and reaction rate of elementary reaction during the benzene series decomposition will be calculated by the first principles method. In - situ DRIFTS and PTR - TOF will be used jointly in order to achieve dynamic tracking of the evolution process of reactant, intermediate and final products, and uncover the degradation reaction mechanism of benzene series over α-MnO2 catalysts. By combining the results of theoretical calculation and the experimental test highly, the influencing mechanism of exposed facet of α-MnO2 catalysts in the degradation reaction mechanism and open-ring pathways of benzene series will be clarified in the proposal. The facet dependency of the ring-opening pathways of benzene series catalyzed by α-MnO2 will also be illuminated. This research is valuable not only for rational design of α-MnO2 catalysts with excellent catalytic performance for benzene decomposition, but also for providing theoretical support for low-temperature catalytic oxidation technology applied in the decomposition of volatile organic compounds.
低温催化氧化技术处理挥发性有机物(VOCs)具有极大的应用潜力,锰氧化物表现出较好的催化性能。本项目针对α-MnO2催化降解苯系物反应历程、开环路径晶面依赖性等关键科学问题,采用第一性原理计算与实验相结合的方法,可控合成不同暴露晶面的α-MnO2催化剂,归纳制备工艺与催化剂结构间的规律,并建立催化剂结构与催化性能间的构-效关系,计算苯系物降解过程中各中间产物活化能和基元反应反应速率,重点利用in-situ DRIFTS和PTR-TOF联用技术动态追踪反应物、中间产物和终产物演变过程,揭示α-MnO2催化剂催化降解苯系物反应机理,高度结合理论计算与实验结果,阐明α-MnO2暴露晶面对其降解苯系物反应历程和速率控制步骤开环反应路径的影响机制,明确开环路径对其晶面依赖性。本项目结果可为高效分解苯系物α-MnO2催化剂的理性设计提供理论指导,还可为低温催化氧化技术用于挥发性有机物分解提供理论支撑。
结项摘要
挥发性有机污染物来源广泛、成分复杂,是国家环境保护“十三五”规划重点控制的一类污染物。催化氧化法被公认为最有效和有着巨大应用前景的彻底消除VOCs的手段之一,在远低于直接热氧化温度下,将VOCs转化为无害的CO2和H2O,净化效率高、应用范围广、设备简单、能耗低、没有二次污染,特别是对低浓度苯系物的处理非常有效。本项目针对α-MnO2催化降解苯系物反应历程、开环路径晶面依赖性等关键科学问题,采用第一性原理计算与实验相结合的方法,可控合成不同暴露晶面的α-MnO2催化剂,归纳制备工艺与催化剂结构间的规律,并建立催化剂结构与催化性能间的构-效关系,计算苯系物降解过程中各中间产物活化能和基元反应反应速率,利用in-situ DRIFTS技术动态追踪反应物、中间产物和终产物演变过程,揭示α-MnO2催化剂催化降解苯系物反应机理,高度结合理论计算与实验结果,阐明α-MnO2暴露晶面对其降解苯系物反应历程和速率控制步骤开环反应路径的影响机制,明确开环路径对其晶面依赖性。锰氧化物虽然表现出较好的催化降解VOCs性能,但是其低温催化性能和稳定性仍是亟待解决的关键科学问题。本研究还拓展利用界面效应、助剂掺杂、催化剂真空后处理等手段提高氧化锰表面氧空穴,从而提高其低温活性和稳定性,构建催化剂结构与低温催化性能和稳定性之间的构效关系,阐明多种手段对氧空穴的增强机制。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Accelerated oxidation of VOCs via vacuum ultraviolet photolysis coupled with wet scrubbing process
通过真空紫外光解结合湿法洗涤工艺加速挥发性有机化合物的氧化
- DOI:10.1016/j.jes.2022.05.002
- 发表时间:--
- 期刊:Journal of Environmental Sciences
- 影响因子:6.9
- 作者:Ruijie Xie;Dongxue Lei;Xiaowen Xie;Ziyi Suo;Dennis Y.C. Leung;Jianping Cao;Fang Ruimei;Haibao Huang
- 通讯作者:Haibao Huang
Efficient a-MnO2 with (2 1 0) facet exposed for catalytic oxidation of toluene at low temperature: A combined in-situ DRIFTS and theoretical investigation
具有 (2 1 0) 面暴露的高效 a-MnO2 用于低温催化氧化甲苯:原位漂移和理论研究相结合
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:Chemosphere 263 (2021) 128103
- 影响因子:--
- 作者:Jing Huang;Ruimei Fang;Yanjuan Sun;Jieyuan Li;Fan Dong
- 通讯作者:Fan Dong
Excellent stability for catalytic oxidation formaldehyde over defective δ-MnO2 nanoparticles at room temperature
室温下对有缺陷的 π-MnO2 纳米粒子催化氧化甲醛具有优异的稳定性
- DOI:10.1016/j.jece.2022.109064
- 发表时间:2022
- 期刊:Journal of Environmental Chemical Engineering
- 影响因子:7.7
- 作者:Ruimei Fang;Xinyue Huang;Xiao'ai Luo;Yanjuan Sun;Zixun Liu;Liang Ao;Fan Dong;Haibao Huang
- 通讯作者:Haibao Huang
Efficient No Removal and Photocatalysis Mechanism Over Bi-Metal@Bi2o2[Bo2(Oh)] with Oxygen Vacancies
具有氧空位的双金属@Bi2o2[Bo2(Oh)]的高效无去除和光催化机制
- DOI:10.2139/ssrn.4086296
- 发表时间:2022
- 期刊:Journal of Hazardous Materials
- 影响因子:13.6
- 作者:Xi Zhou;Jin Zhang;Xuemei Wang;Tianqi Tan;Ruimei Fang;Si Chen;Fan Dong
- 通讯作者:Fan Dong
The mechanisms of interfacial charge transfer and photocatalysis reaction over Cs3Bi2Cl9 QD/(BiO)2CO3 heterojunction
Cs3Bi2Cl9 QD/(BiO)2CO3异质结界面电荷转移和光催化反应机制
- DOI:10.1016/j.cej.2021.132974
- 发表时间:2021-10
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Guo Zhang;Chaowei Yuan;Xiaofang Li;Lin Yang;Wenjia Yang;Ruimei Fang;Yanjuan Sun;Jianping Sheng;Fan Dong
- 通讯作者:Fan Dong
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其他文献
整体式Pd/La2O3-Al2O3和Pd/CeO2-ZrO2-Y2O3催化剂上汽油车尾气净化性能的比较 催化学报 2012, 33(6),1020-1026
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:催化学报
- 影响因子:--
- 作者:方瑞梅;史忠华*;龚茂初;陈耀强
- 通讯作者:陈耀强
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