竞博

新聞動態
綜合新聞
科研動態
學術活動
媒體聚焦
通知公告
您現在的位置:首頁 > 新聞動態 > 科研動態
富缺陷石墨烯穩定原子級分散Cu催化劑研究取得新進展
 
2019-10-12 | 文章来源:SYNL联合研究部        【 】【打印】【關閉

  近日,中國科學院竞博沈阳材料科学国家研究中心联合研究部刘洪阳研究员和博士研究生黄飞等人與北京大学马丁教授、中科院上海应用物理研究所姜政研究员以及香港科技大学王宁教授等团队合作,在富缺陷纳米石墨烯稳定原子级分散Cu催化剂有效催化乙炔高效选择性加氢研究中取得新进展,相关研究成果在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications)。

  乙炔选择性加氢是工业生产高分子聚合物过程中的重要催化反应之一。如何选择性将乙炔加氢到乙烯,而避免乙烯进一步氢化到乙烷,是这一反应急需要解决的主要问题。刘洪阳研究员带领团队近年来致力于新型纳米碳材料负载金属催化剂的研究(ACS Catal. 2019, 9, 5998; ACS Catal. 2017, 7, 3349; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15823)。在前期研究成果中发现富缺陷纳米石墨烯稳定的原子级分散单位点Pd催化剂,在乙炔半加氢反应中表现出优异的催化活性和选择性 (J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 13142.)。此项研究工作,首次将原子级分散单位点Cu锚定在富缺陷纳米石墨烯载体 (Cu1/ND@G),並通過球差電鏡(圖1)和X射線吸收譜(圖2)對其進行了系統表征。原子級分散的銅原子通過與載體缺陷上的三個碳原子成鍵,進而被穩定在石墨烯碳缺陷位點上。相比于傳統的團簇Cu催化劑(Cun/ND@G),原子級分散Cu1/ND@G催化劑具有顯著的乙炔加氫催化活性和乙烯選擇性(圖3)。利用密度泛函理論(DFT)模擬計算表明,相比于團簇Cu催化劑(Cun/ND@G),原子級分散的Cu催化劑Cu1/ND@G在乙炔氫化反應中,可有效促進乙炔的活化和乙烯的解離(圖4)。此項研究工作,成功地將乙炔高選擇性催化劑由貴金屬Pd催化劑拓展到廉價的非貴金屬Cu催化劑,對未來設計開發高活性、高穩定性和低成本的工業加氫催化劑奠定了堅實的基礎。

  上述工作得到了國家基金委重大研究計劃重點基金、國家基金委重大研究計劃培育項目、國家基金委面上項目、科技部重點研發計劃“納米專項”青年科學家項目、中科院青年促進會、中科院金屬所、沈陽材料科學國家研究中心的支持,以及上海同步輻射光源提供的大力支持。

  原文鏈接

圖1 催化剂球差电镜表征。(Cu主要以单个原子形式分散在在体表面,见圖d,以白色圆圈标注。)

圖2 催化剂XAFS表征。(XANES光谱表明Cu带部分正电荷,EXAFS表明Cu1/ND@G中只存在Cu-C鍵,Cu以Cu-C3形式穩定在石墨烯載體上。)

圖3 催化剂加氢催化活性。(原子级分散Cu1/ND@G具有更低的乙炔加氫活化能壘,轉化頻率(TOF)高于Cu團簇催化劑(Cun/ND@G)4倍以上,且在60h反應穩定性測試中表現優異。)

圖4 DFT计算。(反应中间产物乙烯脱附能垒(1.08 eV)小于乙烯进一步加氢能垒(1.27 eV),有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢。)

5 催化性能对比示意圖。(Cu1/ND@GCun/ND@G相比具有更低的乙炔或化能壘(1.36 eV vs 1.50 eV)。) 

文檔附件

相關信息
聯系我們 | 所長信箱 | 网站地圖 | 友情鏈接
地址: 沈阳市沈河区文化路72号 邮编: 110016
管理员邮箱: office@imr.ac.cn
中國科學院竞博 版权所有 辽ICP备05005387号

官方微博

官方微信