化石資源轉(zhuǎn)化用新型高效納米催化材料與結(jié)構(gòu)研究項(xiàng)目申報(bào)書(shū)

工程名稱(chēng)：化石資源轉(zhuǎn)化用型高效納米催化材料與構(gòu)造爭(zhēng)論首席科學(xué)家：依托部門(mén)：

所2023.12023.8中國(guó)科學(xué)院10一、爭(zhēng)論內(nèi)容關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：圍圍著合成氣催化制乙二醇和石油化工選擇性加氫反響中所涉質(zhì)，重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：覺(jué)察或生疏納米構(gòu)造與催化性能的內(nèi)在本質(zhì)催化材料納米構(gòu)造的設(shè)計(jì)催化材料納米構(gòu)造的可控合成主要爭(zhēng)論內(nèi)容：針對(duì)煤制乙二醇和石油化工選擇性加氫反響中所涉及的高效納米催化材料存在的上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)展以下幾個(gè)方面的爭(zhēng)論：1、高效納米催化材料的可控合成與構(gòu)造爭(zhēng)論：選用不同金屬元素為催化劑的活性組分，通過(guò)化學(xué)把握、成核把握及結(jié)晶條件把握，,實(shí)現(xiàn)型高效納米催化劑材料的可控合成與制備技術(shù)創(chuàng)。2、高效納米催化材料的構(gòu)效關(guān)系爭(zhēng)論：爭(zhēng)論催化材料納米化產(chǎn)米催化材料的協(xié)同效應(yīng)對(duì)催化性能的影響規(guī)律。3、載體和促進(jìn)劑納米化對(duì)催化性能的作用機(jī)理：爭(zhēng)論載體納米之間的相互作用，提示載體和促進(jìn)劑納米化對(duì)催化性能的影響規(guī)律。4、納米催化劑構(gòu)造穩(wěn)定性爭(zhēng)論：通過(guò)對(duì)催化反響過(guò)程中納米催化劑的相變、相分別、團(tuán)聚、晶粒長(zhǎng)大、外表構(gòu)造重組、活性中心配位構(gòu)造變化等爭(zhēng)論，提示影響納米催化材料構(gòu)造穩(wěn)定性的本質(zhì)緣由，為高穩(wěn)定性納米催化材料的構(gòu)造設(shè)計(jì)奠定科學(xué)根底。二、預(yù)期目標(biāo)總目標(biāo)：以煤制乙二醇中有自主學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)且已在工業(yè)上應(yīng)用的高效納米催化材料及石油化工中重要的選擇性加氫反響催化劑為主要爭(zhēng)論對(duì)象，開(kāi)展催化材料納米化產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)以及由此引起的體相構(gòu)造、設(shè)計(jì)和應(yīng)用奠定科學(xué)根底。研發(fā)2－3系列用于煤制乙二醇和石油化的“納米材料-催化機(jī)理-工程化應(yīng)用”的爭(zhēng)論隊(duì)伍。五年目標(biāo)：1、在納米材料的設(shè)計(jì)和合成等已有技術(shù)的根底上，優(yōu)化不同尺的宏量制備，為爭(zhēng)論高效納米材料的催化性能打好根底。2、利用TEM、STM、AFM、XRD等現(xiàn)代分析技術(shù)，表征納米化性能的影響規(guī)律。3、深入爭(zhēng)論納米催化材料的體相構(gòu)造、外表構(gòu)造、缺陷構(gòu)造和的納米構(gòu)造對(duì)催化性能的影響規(guī)律。4、說(shuō)明納米催化材料中載體、促進(jìn)劑、活性組分之間的相互作的緣由，為改善和提高現(xiàn)有納米催化材料的綜合性能供給科學(xué)依據(jù)。5、進(jìn)展用于表征納米催化材料外表原子配位構(gòu)造的爭(zhēng)論方法，納米材料的催化機(jī)理供給技術(shù)手段。6、在催化材料的納米效應(yīng)和構(gòu)造與催化性能的關(guān)系爭(zhēng)論方面取得突破，預(yù)期發(fā)表高影響的論文95-120篇，申請(qǐng)專(zhuān)利50-70件，研發(fā)2－3系列用于“煤制乙二醇”和石油化工選擇性加氫的高效型納米催化材料，培育高素養(yǎng)的博士和碩士爭(zhēng)論生110-140名，造就一支有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的納米催化材料爭(zhēng)論隊(duì)伍。三、爭(zhēng)論方案催化性能的影響規(guī)律，組份協(xié)同效應(yīng)等方面的爭(zhēng)論?！才c材料的組成、尺寸、形貌和構(gòu)造特別是催化位點(diǎn)原子的配位構(gòu)造等有著嚴(yán)密的聯(lián)最早單位之一，其爭(zhēng)論成果和科研水平以及人才在國(guó)內(nèi)外享有盛外表物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室在催化科學(xué)領(lǐng)域的爭(zhēng)論成果和理論基〔即福建物質(zhì)構(gòu)造爭(zhēng)論所派出具有構(gòu)造爭(zhēng)論造詣?shì)^深的科研人化爭(zhēng)論根底扎實(shí)的科研人員參與到福建物質(zhì)構(gòu)造爭(zhēng)論所擔(dān)當(dāng)?shù)恼n題中，供給催化爭(zhēng)論的支持〕，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)學(xué)科的互補(bǔ)，確保工程的順當(dāng)實(shí)施和按打算完成目標(biāo)。法：制備的宏量合成。表征：承受現(xiàn)代顯微分析技術(shù)結(jié)合X－ray衍射技術(shù)等對(duì)所制備的納米材料進(jìn)展尺寸、形貌、體相構(gòu)造、外表構(gòu)造、缺陷構(gòu)造等進(jìn)展?fàn)幷?，在?gòu)造化學(xué)根本原理的指導(dǎo)下，結(jié)合理論模擬計(jì)算，描繪出納位構(gòu)造圖像。催化性能與評(píng)價(jià)材料的尺寸、形貌、體相構(gòu)造、外表構(gòu)造、缺陷構(gòu)造等以及多組份協(xié)同效應(yīng)對(duì)催化性能的影響規(guī)律。機(jī)理：在材料制備，構(gòu)造表征和性能爭(zhēng)論的根底上，輔以理論模材料的催化機(jī)理?？蒲腥藛T，在各層次上相互合作和學(xué)科互補(bǔ)，通過(guò)各種爭(zhēng)論思路、研次，并通過(guò)該工程的實(shí)施“催化”出一個(gè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的爭(zhēng)論團(tuán)隊(duì)。課題設(shè)置：本工程的爭(zhēng)論對(duì)象是合成氣催化制乙二醇及石油化工選擇性加方案，設(shè)置四個(gè)課題開(kāi)放爭(zhēng)論：課題一、高效納米催化材料的可控合成與構(gòu)造爭(zhēng)論課題二、石油化工選擇性加氫催化劑的納米效應(yīng)和性能爭(zhēng)論性能爭(zhēng)論課題四、載體納米特性對(duì)催化性能影響及作用機(jī)理的爭(zhēng)論據(jù)，從而促進(jìn)化石資源的高效轉(zhuǎn)化。課題一：高效納米催化材料的可控合成與構(gòu)造爭(zhēng)論主要內(nèi)容：探究合成系列納米金屬、納米合金、納米氧化物等納米催化晶面的生長(zhǎng)速度，設(shè)計(jì)合成具有特別尺寸、形貌、特定暴露外表的納米催化材料。調(diào)控初始納米粒子形貌以及粒子間的自組裝方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)由成、構(gòu)造及化學(xué)狀態(tài)對(duì)材料催化反響性能的影響及其規(guī)律。確定影響催化活性的關(guān)鍵構(gòu)造因素及其把握規(guī)律；說(shuō)明納米備科學(xué)體系；依據(jù)催化應(yīng)用的材料功能需求，設(shè)計(jì)材料化學(xué)組成、形備方法。主要目標(biāo)：在納米材料可控合成和外表構(gòu)造構(gòu)筑等方面取得規(guī)律性的生疏,建立納米催化材料組成－外表構(gòu)造－催化性能三者間的相互關(guān)系。合成1－2系列具有特別尺寸、形貌、特定暴露外表的高效納米催化材料。發(fā)表高影響的論文30-3510-1535-45名。課題負(fù)責(zé)人：郭國(guó)聰爭(zhēng)論員課題擔(dān)當(dāng)單位：中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)構(gòu)造爭(zhēng)論所經(jīng)費(fèi)比例：26%課題二：石油化工選擇性加氫催化劑的納米效應(yīng)和性能爭(zhēng)論主要內(nèi)容：定量確定構(gòu)成前體構(gòu)造的金屬離子的組成范圍和構(gòu)造特征、并選擇與制定出抱負(fù)的分子前體構(gòu)造模型?！踩缣级x擇性加氫、裂解汽油選擇性加氫、重質(zhì)餾分油加氫〕，選用不同金屬元素為催限域等把握構(gòu)造分散方法。探討前驅(qū)體晶格定位和載體外表原位生長(zhǎng)條件與載體和活性式?？疾焯级x擇性加氫反響中的高分散鈀－銀催化劑、裂解汽/界面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)所造成的催化特性，以及活性組分在催化基元反響過(guò)程中的協(xié)同性原理，進(jìn)一步提高催化性能。主要目標(biāo)：以石油化工中重要的選擇性加氫反響為目標(biāo)催化體系，提示1-2系列高分散負(fù)載型催化劑，催化劑活性組分分散度可提高20％以上，與用量削減1/430型催化劑制備爭(zhēng)論平臺(tái)。20-3020-25件，培育爭(zhēng)論30-40名。課題負(fù)責(zé)人： 李峰教授經(jīng)費(fèi)比例：29%性能爭(zhēng)論主要內(nèi)容：以尺寸相近晶型不同的系列鈀、銅等納米金屬作為催化劑，化劑的反響活性中心位置，表征外表原子的配位構(gòu)造及其種類(lèi)分布；提示納米效應(yīng)引起的面、邊、頂點(diǎn)、缺陷等外表構(gòu)造變化對(duì)催化性能的影響規(guī)律。爭(zhēng)論系列載體〔包括第四課題供給的多壁碳納米管載體〕的〔點(diǎn)的相互作用對(duì)催化性能的影響規(guī)律，提高納米金屬催化劑的構(gòu)造穩(wěn)定性。爭(zhēng)論催化反響過(guò)程中納米催化劑的相變、相分別、團(tuán)聚、晶粒長(zhǎng)大、外表構(gòu)造重組、活性中心配位構(gòu)造的變化等，重點(diǎn)解決貴金屬易流失、易團(tuán)聚、易中毒以及活性與穩(wěn)定性相匹配的問(wèn)題。設(shè)計(jì)并研制合成氣制乙二醇用高效單分散負(fù)載型混合金屬納殼構(gòu)造、異質(zhì)構(gòu)造造的納米粒子的催化材料。主要目標(biāo)：以合成氣制乙二醇為目標(biāo)催化反響，提示金屬催化材料的性能與納米構(gòu)造的關(guān)系；在現(xiàn)有催化材料的根底上，貴金屬含量降低20%，催化劑的壽命延長(zhǎng)20%，設(shè)計(jì)并合成出1-2系列合成氣制乙二醇的高效型納米催化材料。20-2510-15件，培育爭(zhēng)論25-30名。課題負(fù)責(zé)人：洪茂椿院士課題擔(dān)當(dāng)單位：中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)構(gòu)造爭(zhēng)論所經(jīng)費(fèi)比例：26%課題四：載體納米特性對(duì)催化性能影響及作用機(jī)理的爭(zhēng)論主要內(nèi)容：開(kāi)展多壁碳納米管〔MWCNTs〕、無(wú)機(jī)納米材料等多種載體的可控合成/制備，爭(zhēng)論氣相化學(xué)沉積、溶膠凝膠、超臨界等合成方動(dòng)力學(xué)把握顆粒和構(gòu)造。對(duì)合成氣制乙二醇等催化反響的影響規(guī)律和作用本質(zhì)。爭(zhēng)論不同管形、管壁構(gòu)造、管腔、管體尺寸的MWCNTs促進(jìn)的Co-Cu基催化劑、Co-Mo-K復(fù)氧化物和復(fù)硫化物基催化劑，以MWCNTs負(fù)載/Pt、Au等催化劑，探究它們?cè)诤铣蓺釩O的優(yōu)先氧化和烯烴選擇性氧化等的反響化學(xué)行為。爭(zhēng)論過(guò)渡金屬修飾的MWCNTs對(duì)吸附/活化性能、電子/質(zhì)子傳遞和“溢流”的作用機(jī)理，建立過(guò)渡金屬修飾的作用和催化性能的關(guān)系。主要目標(biāo)：研制出2-3種合成氣加氫制醇用型納米載體材料，降低催化材料中活性組分流失20%35-40%。25-3010-15件，培育爭(zhēng)論20-25名。課題負(fù)責(zé)人：袁友珠教授課題擔(dān)當(dāng)單位：廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院經(jīng)費(fèi)比例：19%四、年度打算爭(zhēng)論內(nèi)容

預(yù)期目標(biāo)1〕實(shí)現(xiàn)納米催化材料〔納米金料、以氧化物及碳納米管材料屬、納米合金、納米載體〕的可控合第層構(gòu)造前體的單分散納米層狀 形貌變化對(duì)催化劑性能的影響規(guī)律；一催化材料的合成路線。爭(zhēng)論納 2〕獲得2-3種單分散納米催化材料;年米催化材料的形貌和催化性能 3〕發(fā)表高水平SCI爭(zhēng)論論文15-20的關(guān)系規(guī)律；表征外表原子的 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利6-10件，培育爭(zhēng)論生配位構(gòu)造及其種類(lèi)分布，爭(zhēng)論 18-22名。催化活性位點(diǎn)的構(gòu)造信息，闡述其在催化反響中的作用。爭(zhēng)論內(nèi)容

預(yù)期目標(biāo)1〕總結(jié)出納米晶晶面調(diào)控與表學(xué)生長(zhǎng)的試驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)具有 面活性劑物性和反響條件的關(guān)系揭特別尺寸、形貌、特定暴露表 示外表構(gòu)造粗糙程度尺寸等對(duì)催面的納米催化材料的合成；研 化性能的影響規(guī)律總結(jié)作為載體的究納米效應(yīng)引起的面、邊、頂 碳納米管對(duì)負(fù)載型催化劑的活性和點(diǎn)、缺陷等外表構(gòu)造變化及尺 選擇性的影響因素；2〕獲得1-2種第寸變化對(duì)催化性能的影響；以 有特定晶面和形貌的納米材料；3〕二富氫條件下CO優(yōu)先氧化、烯 發(fā)表高水平SCI爭(zhēng)論論文16-22篇;年烴選擇性氧化等作為模型反 申請(qǐng)專(zhuān)利8-12件;培育爭(zhēng)論生20-26應(yīng)，爭(zhēng)論作為載體的碳納米管 。的組成、形貌和構(gòu)造對(duì)負(fù)載型催化劑的活性和選擇性的影響。合成多種類(lèi)型的異質(zhì)結(jié)、 獲得型負(fù)載催化材料組成、雜化納米材料、及納米氧化物 構(gòu)造界面電子轉(zhuǎn)移過(guò)程等對(duì)催化性第為載體的負(fù)載型催化材料；調(diào) 能影響規(guī)律性生疏；2〕開(kāi)發(fā)出2-3三控自組裝過(guò)程以實(shí)現(xiàn)外表構(gòu)造 種穩(wěn)定制備負(fù)載型催化材料的方年構(gòu)筑；以“煤制乙二醇”系列 法合成出2-3種類(lèi)型的異質(zhì)結(jié)、反響作為探針，開(kāi)展異質(zhì)結(jié)、 雜化納米催化材料；4〕發(fā)表高水平雜化納米催化材料、負(fù)載型催 SCI爭(zhēng)論論文18-24篇。申請(qǐng)專(zhuān)利爭(zhēng)論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)化材料的催化性能爭(zhēng)論，探究 10-14件，培育爭(zhēng)論生22-28名。負(fù)載型催化材料的界面電子轉(zhuǎn)移過(guò)程對(duì)催化性能的影響規(guī)律。通過(guò)原位表征技術(shù)，爭(zhēng)論負(fù)載型納米催化材料的催化機(jī)理?？疾煜盗胸?fù)載型納米催化 1〕提示納米催化材料的組成、劑在“煤制乙二醇”，“系列 體相構(gòu)造、電子構(gòu)造、孔構(gòu)造、層間石油加氫反響”〔碳二選擇性 構(gòu)造、外表缺陷、晶粒尺寸、形貌和加氫、裂解汽油選擇性加氫、 元素價(jià)態(tài)等對(duì)材料吸附性能氧化還重質(zhì)餾分油加氫、聚酯原料制 原性能和催化反響性能的影響規(guī)律；備加氫等〕中的催化性能及其 2〕找到提高負(fù)載型納米金屬催化材第穩(wěn)定性。通過(guò)多種外表分析技 料構(gòu)造和性能穩(wěn)定性的途徑；3〕四術(shù)，關(guān)心以催化性能評(píng)價(jià)，全 發(fā)表高水平SCI爭(zhēng)論論文22-26篇；年面考察納米催化材料的體相和 4〕申請(qǐng)專(zhuān)利12-16件，培育爭(zhēng)論生外表構(gòu)造對(duì)材料吸附性能、氧 24-30名?；瘡?fù)原性能和催化反響性能的影響及其規(guī)律。系統(tǒng)爭(zhēng)論負(fù)載型納米催化材料構(gòu)造和性能穩(wěn)爭(zhēng)論內(nèi)容易流失、易團(tuán)聚、易中毒以及活性與穩(wěn)定性相匹配的問(wèn)題。

預(yù)期目標(biāo)在全面系統(tǒng)爭(zhēng)論“煤制乙1〕創(chuàng)制出1-2個(gè)系列“石油加納米催化材料與催化性能的基性組分分散度提高20％以上，與國(guó)－構(gòu)造－