高分散隔离活性位催化剂上甲烷等低碳烷烃的活化与选择转化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91845201
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    335.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B02.催化与表界面化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The activation and direct conversion of methane and other low alkanes is one of the most challenging research directions in the catalysis area of today’s world. In this research plan, transition metal-doping mesoporous materials and mesoporous-microporous composite zeolites are to be studied and prepared by direct and in-situ synthesis method. Moreover, the catalysts with stable, highly dispersed and isolated Pt or Pd active sites with atomic level dispersion on the two-dimensional materials of graphene or boron nitride are to be studied and synthesized via the bonding between noble metals and the surface vacancies of graphene or boron nitride. The controlling rules for the preparation of the designed catalysts are to be summarized. The activity for the conversion and reaction depth of low alkanes, selectivity to designed products, and stability of the catalysts can be controlled by tuning the density, the dispersion and chemical environments of active sites. We plan to deeply understand cooperating interaction mechanism of non-thermal plasma and catalysis for the conversion of methane. Especially, the structural changes of active sites during reaction and product distribution are to be investigated by means of combined in-situ Raman-IR-MS, in situ Synchronous Radiation, in situ (optical fiber) Laser Raman Spectroscopy, Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy. The reaction mechanism are to be investigated and discussed by correlating the obtained results via the characterization with instrumentation and those obtained by theoretical calculation. And then the structure-performance relationships among the catalysts with highly dispersed and isolated active sites and the catalytic performance for the selective conversion of low alkane are to be established. The accurate design and construction of the confinement of active sites and electronic configurations can be realized. That will provide a scientific foundation for the designing of the efficient catalysts for the conversion of low alkanes.
甲烷等低碳烷烃的活化和直接选择转化是当今世界催化领域最具挑战性的研究方向之一。拟采用原位法研制高活性的过渡金属骨架掺杂的介孔、介微孔复合分子筛催化剂,利用石墨烯、氮化硼等二维材料表面的丰富缺陷位与贵金属原子成键研制高稳定性原子级高分散Pt、Pd隔离活性位催化剂,并总结制备规律。通过调变催化剂的活性位密度、分散度和微观化学环境调控低碳烷烃转化活性和反应深度,提高产物选择性和催化剂稳定性。深入认识低温等离子体-催化协同转化甲烷的作用机制;特别是利用原位Raman-IR-MS、原位同步辐射、原位(光纤)激光拉曼光谱、激光诱导荧光光谱等技术研究催化剂活性位点的结构变化及产物分布规律,并与理论计算相关联,探讨反应机理,进而在分子/原子水平上建立高分散隔离活性位催化剂与低碳烷烃选择转化催化性能之间的构效关系,实现活性位限域原子和电子结构的精准设计与构建,为低碳烷烃催化转化高效催化剂的设计提供科学依据。

结项摘要

天然气、页岩气中富含甲烷等低碳烷烃,将其选择氧化为高值含氧化合物和烯烃,具有重要的理论和现实意义。本项目系统性地设计、制备出多个系列高分散隔离活性位催化剂应用于甲烷直接选择氧化制含氧化合物和烷烃脱氢制烯烃反应。.金属有机框架(MOFs)材料不仅能构筑结构均一的高分散金属离子催化剂,而且是一类优良的仿生酶催化剂材料;发现采用疏水改性MOFs材料作为液相反应中的甲烷选择氧化催化剂,不仅克服了MOFs材料普遍不耐水的缺点,同时生成配位不饱和双核铜活性位点,催化剂的表征及密度泛函理论计算证明该位点在低温条件下高效解离H2O2生成Cu(II)-O活性位,能高效活化甲烷的C−H键,实现了10.67 mmol gcat.−1h−1的C1含氧化合物(CH3OH, CH3OOH)的高产率,对C1含氧化合物的选择性高达99.6%,同时,具有优异的稳定性。.在等离子体外场中低温甲烷选择氧化反应中,发现水蒸气和高分散PtOx/BN超轻催化剂的协同效应打破了CH4转化率和含氧化合物选择性之间的“跷跷板效应”, 总含氧化合物产率达到了106.5mmoloxygcat-1·h-1。系列等离子体外场条件下的原位光谱和反应结果表明:H2O促进在催化剂表面物种的选择氧化反应和含氧产物的脱附。.高比表面介孔SiO2限域的高分散VOx、MoOx物种在中高温下具有高的甲烷选择氧化性能。原位Raman等表征证明骨架掺杂的VOx和MoOx物种具有优异的抗积碳和生成选择性晶格氧物种的性能。.发现部分原位还原的纳米TiO2、Al2O3催化剂具有高的丙烷脱氢活性,揭示了氧空位和催化活性之间的线性关系,隔离的氧空位邻近配位不饱和金属-氧酸碱对是丙烷脱氢的活性位。建立了氧气脉冲实验测定氧化物表面和体相氧空位浓度的新方法。.以DMSN为载体制备了系列不同过渡金属掺杂的Pt/M-DMSN催化剂,过渡金属的种类和性质影响了Pt物种分散度及电子性质。其中,Fe助剂促进Pt物种的二次分散,且生成的PtFe合金促进了丙烯的脱附,显著提高催化剂丙烷脱氢稳定性。.通过石墨烯表面碳缺陷与助剂Sn协同调控,构建了原子级分散的Pt3团簇,低温高效活化丁烷C-H键,相较于单原子Pt1和纳米颗粒PtSn,Pt3团簇具有最高的丁烷转化速率与丁烯选择性。

项目成果

期刊论文数量(39)
专著数量(1)
科研奖励数量(8)
会议论文数量(0)
专利数量(18)
Porous Ni−Al−O Fabricated by a Facile Hydrothermal Method: Improved Catalytic Performance for the Oxidative Dehydrogenation of Ethane to Produce Ethylene
简便水热法制备多孔 NiAlO:提高乙烷氧化脱氢生产乙烯的催化性能
  • DOI:
    10.1002/slct.202201473
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ChemistrySelect
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Dong Li;Lian Kong;Xiaoqiang Fan;Zean Xie;Xia Xiao;Zhen Zhao
  • 通讯作者:
    Zhen Zhao
The nature of Ni-O pairs for ethane activation on NiO(100) and NiO(110) surfaces
NiO(100)和NiO(110)表面乙烷活化的Ni-O对的性质
  • DOI:
    10.1016/j.mcat.2019.110417
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Molecular Catalysis
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Tingting Yu;Zhi Li;Huiling Zheng;Lulu Chen;Weiyu Song;Zhen Zhao;Jianmei Li;Jian Liu
  • 通讯作者:
    Jian Liu
Catalytic Property and Stability of Subnanometer Pt Cluster on Carbon Nanotube in Direct Propane Dehydrogenation
碳纳米管上亚纳米Pt团簇在丙烷直接脱氢中的催化性能及稳定性
  • DOI:
    10.1002/cjoc.202000415
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Xiaoying Sun;Jiahui Xue;Yu Ren;Xinyu Li;Lijing Zhou;Bo Li;Zhen Zhao
  • 通讯作者:
    Zhen Zhao
The C-H Bond Activation Triggered by Subsurface Mo Dopant on MgO Catalyst in Oxidative Coupling of Methane
甲烷氧化偶联中 MgO 催化剂表面 Mo 掺杂引发的 C-H 键活化
  • DOI:
    10.3390/catal12101083
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Catalysts
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    XiaoYing Sun;XinYu Li;Yue Liu;Zhan Yu;Bo Li;Zhen Zhao
  • 通讯作者:
    Zhen Zhao
K-modified Sn-containing dendritic mesoporous silica nanoparticles with tunable size and SnOx-silica interaction for the dehydrogenation of propane to propylene
K-改性含锡树枝状介孔二氧化硅纳米粒子,具有可调尺寸和 SnOx-二氧化硅相互作用,用于丙烷脱氢制丙烯
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122423
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qinglong Liu;Mingsheng Luo;Zhen Zhao;Qiuna Zhao
  • 通讯作者:
    Qiuna Zhao

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其他文献

Catalyst of three-dimensional ordered macroporous cerium-based oxide supported gold for purifying diesel soot
三维有序大孔铈基氧化物负载金净化柴油机烟灰催化剂
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010-09-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘坚;姜桂元;徐春明;段爱军;赵震;韦岳长
  • 通讯作者:
    韦岳长
Dehydrogenation catalyzing material as well as preparation method and application thereof
脱氢催化材料及其制备方法和应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014-02-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李建梅;赵震;范晓强;刘坚;韦岳长;段爱军;姜桂元
  • 通讯作者:
    姜桂元
Pd/MIL-53(Al) catalyst, preparation and application thereof
Pd/MIL-53(Al)催化剂及其制备和应用
  • DOI:
    10.1002/zaac.200900011
  • 发表时间:
    2013-09-13
  • 期刊:
    Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李玉龙;赵震;刘坚;梁倩;王斯晗;韦岳长;杜龙弟;邓旭亮;肖光;王志双;韩会君;赵玉梅;王薇
  • 通讯作者:
    王薇
近精冲工况下的模具磨损测试装置设计与分析
  • DOI:
    10.1073/pnas.1617849114
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    锻压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁振文;庄新村;向华;赵震
  • 通讯作者:
    赵震
催化裂化汽油加氢精制催化剂的研究进展.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工业催化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周小峰;赵震;段爱军;樊慧丽
  • 通讯作者:
    樊慧丽

其他文献

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赵震的其他基金

基于限域催化体系的甲烷低温高效转化
  • 批准号:
    92145301
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    420 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
柴油机尾气排放PM2.5及其前体污染物催化-等离子体协同净化基础研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    250 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
乙、丙烷选择氧化制含氧化合物和烯烃骨架限域的高分散隔离活性位催化剂研究
  • 批准号:
    91545117
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    81.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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