基于2:1型蒙皂石族矿物界面可调性质设计苯加氢催化剂
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51874145
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0409.矿物工程与物质分离
- 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
- 项目参与者:蒋引珊; 夏茂盛; 徐少南; 张鹏; 王健; 温旺林; 朱富杰; 黄金秋; 梁梦男;
- 关键词:
项目摘要
The adjustable surface properties and complete cleavage along the (001) plane of smectites make these layer-structured materials as ideal supports for heterogeneous catalysts especially when the research is focused on interface properties. This project proposal is aimed to develop a type of clay-based catalysts that are to be used in the hydrogenation of benzene. In this project the surface properties of 2:1 smectite which includes functional groups, acid centers, surface charges, isomorphous substitutions and pore structures of smectites, are to be investigated in order to design composite catalysts which are composed with clay minerals, organic ligands or inorganic additives, and noble metals. The catalyst should have features such as long-term stability, high efficiency in converting benzene, and certain selectivity in obtaining cyclohexene. Hybrid films are to be constructed in order to study the surface features by using Langmuir-Blodgett (LB) technique. The clay elementary sheets are to be loaded with ligand molecules and noble metals in the LB deposition. By comparing the hybrid films with bulk materials - clay composites which are to be prepared via solution-based physical adsorption, the new formed chemical bonds, active sites, acidity, effects of inorganic additives or ligand molecules, and tenability in the size of metal nanocrystals are to be investigated with aid of optoelectrochemical characterizations. Key factors are to be sought out in order to get a high selectivity of cyclohexene. The kinetics of benzene hydrogenation is also to be clarified with presence of such type of clay-based catalysts. Theoretical calculations of molecular dynamics (MD) are also to be carried out to analyze the molecular conformation when the H2 or benzene molecules were activated at the surface of clay catalysts. New models or mathematical expressions for asymmetric force field are to be constructed between the elementary clay sheet and adsorbed molecules. Therefore, this study has its significances in designing new types of heterogeneous catalysts as well as finding a strategy of utilizing clay minerals.
粘土矿物以其可调的表面及沿(001)面完全解理特性,为催化剂界面设计提供理想的研究对象。本项目针对2:1型蒙皂石族矿物的表面官能团、酸中心、电荷、类质同象取代及孔道结构等可调性质,考察矿物与配体、添加剂、贵金属的复合过程,以及对催化底物分子的吸附规律,目标是开发出一类长效稳定的粘土矿物基催化剂,用于苯加氢选择性催化反应。拟采用Langmuir-Blodgett及光谱电化学联用技术,获取单片矿物/配体/贵金属杂化膜,结合体相吸附法制备的复合材料,重点研究材料表面成键,活性中心,酸碱性,无机添加剂或有机配体,以及多尺度贵金属纳米晶等调控机制,结合催化反应实验,揭示影响苯加氢催化动力学的关键科学问题。辅以分子动力学计算,构建在非对称力场下单片粘土与催化底物分子间作用模型或修正Dreiding统一力场,实现粘土矿物及分子界面设计与催化性能之间关系式的数学表达,为新型催化材料的设计提供科学依据。
结项摘要
本项目利用2:1型蒙皂石族矿物沿(001)面完全剥离的特性,考察了矿物表面官能团、酸中心、电荷、类质同像及孔道等可调性质,发现了SiO4四面体与AlO6八面体的界面异性,可实现选择性负载。研究了矿物不同界面与配体分子、添加剂、贵金属等复合过程,开发出5类长效稳定的粘土矿物基催化材料。所得催化剂用于苯的选择性加氢,CO2吸附、固载与环状碳酸脂生成及H2O2体系苯甲醇氧化等反应,表现出优异特性。研究中还发现了埃洛石腔体内可负载Pt等催化剂,形成外表面负载,所获复合材料在H2O2-醇体系中具有“自运动”特性,即“喷射型马达催化剂”。该类催化剂能在水溶液、毛细管体系中起到令人意想不到的效果。系统考查了1:1型高岭石,2:1型蒙脱石、皂石、合成锂皂石及以Mg为主的三八面体蛭石,阐明了材料表面对催化性能的构效关系,找到了界面调控设计准则,给出了键型、活性中心、酸碱性、配体分子的调控依据。采用了体相吸附法与LB技术构建了单片矿物杂化膜,借助表面化学、结构学及光谱电化学等手段,给出了界面电子传输以及催化剂对底物分子的吸附规律。最后,项目通过第一性原理计算给出粘土表面吸附模型,获得吸附分子平衡取向与吸附能级,实现粘土矿物与分子界面设计及催化性能之间关系的定量表达,并给出实验验证。项目开发的蒙脱石辅助玄武岩纤维负载催化剂已进入中试放大阶段。项目执行期发表了Adv. Energy Mater.、Langmuir、J. Am. Ceram. Soc.、Chem. Eur. J.、Appl. Clay Sci.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Catal. A&B等多篇论文,申请国家发明专利4件,培养博士生2人,硕士生5人,项目产出多项指标超过预期。项目执行团队承办了“2022年第九届全国矿物科学与工程学术会议(NACMSE -2022,线上)”。
项目成果
期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Halloysite-Based Nanorockets with Light-Enhanced Self-Propulsion for Efficient Water Remediation
具有光增强自推进功能的埃洛石纳米火箭可实现高效水体修复
- DOI:10.1021/acs.langmuir.1c03024
- 发表时间:2022
- 期刊:Langmuir
- 影响因子:3.9
- 作者:Jian Wang;Jiwen Si;Yizhan Hao;Jingyao Li;Peiping Zhang;Chuanxiao Zuo;Bo Jin;Yan Wang;Wei Zhang;Wenqing Li;Ruifeng Guo;Shiding Miao
- 通讯作者:Shiding Miao
Prolonged-Photoresponse-Lifetime Ni2P Nanocrystalline with Highly Exposed (001) for Efficient Photoelectrocatalytic Hydrogen Evolution
具有高曝光 (001) 的长光响应寿命 Ni2P 纳米晶,可实现高效光电催化析氢
- DOI:10.1021/acs.inorgchem.1c02264
- 发表时间:2021
- 期刊:Inorganic Chemistry
- 影响因子:4.6
- 作者:Yan Zhang;Jian Wang;Shi Xiongxi;Peiping Zhang;Weikun Ning;Wenqing Li;Cundi Wei;Shiding Miao
- 通讯作者:Shiding Miao
Self-Compensating Geopolymer Utilizing Nano-Clay and Chopped Basalt Fiber
利用纳米粘土和短切玄武岩纤维的自补偿地质聚合物
- DOI:10.2139/ssrn.4186642
- 发表时间:2022-11
- 期刊:Construction and Building Materials
- 影响因子:7.4
- 作者:Jingyao Li;Jiwen Si;Feng Luo;Chuanxiao Zuo;Peiping Zhang;Yanbin Sun;Wenqing Li;Shiding Miao
- 通讯作者:Shiding Miao
Whiteness improvement of ground calcium carbonate via sodium dithionite-sodium citrate-sulfuric acid treatment and mechanism study
连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-硫酸处理提高重质碳酸钙白度及机理研究
- DOI:10.1016/j.colsurfa.2021.127538
- 发表时间:2021-12
- 期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
- 影响因子:--
- 作者:Wanglin Wen;Jiwen Si;Dehuai Wang;Wanmao Wen;Wenqing Li;Peiping Zhang;Weikun Ning;Shiding Miao
- 通讯作者:Shiding Miao
High-Energy Density Li-Ion Capacitor with Layered SnS2/Reduced Graphene Oxide Anode and BCN Nanosheet Cathode
采用层状 SnS2/还原氧化石墨烯阳极和 BCN 纳米片阴极的高能量密度锂离子电容器
- DOI:10.1002/aenm.201902836
- 发表时间:2019-12-20
- 期刊:ADVANCED ENERGY MATERIALS
- 影响因子:27.8
- 作者:Hao, Yizhan;Wang, Shouzhi;Miao, Shiding
- 通讯作者:Miao, Shiding
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其他文献
Ⅱ-Ⅴ族半导体纳米晶的研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:中国科学:技术科学
- 影响因子:--
- 作者:苗世顶;姚运金;于少明
- 通讯作者:于少明
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区分浓度对蛋白质分子二级结构影响的检测方法
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- 发表时间:2014
- 期刊:
- 影响因子:--
- 作者:苗世顶;何淑莲;黄梅;叶伟;丁丽平;陈德超
- 通讯作者:陈德超
粘土矿物-蛋白质超薄膜的设计与生物催化性能
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:中国科学:化学
- 影响因子:--
- 作者:苗世顶;邱治国;崔鹏
- 通讯作者:崔鹏
其他文献
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