单原子催化剂的可控合成及其催化性能研究
[Abstract]:As the largest developing country, China is facing an unprecedented dual test of energy and environment. The development of high-efficiency catalysts is an effective way to solve energy and environmental problems. However, it is now widely used. Monoatomic catalysts, as a new type of catalysts, exhibit excellent activity, selectivity and stability in a series of important catalytic reactions, such as small molecule activation and conversion, organic catalysis, electrocatalysis and so on, due to their special electronic and geometric structures. Mechanisms have become the focus and frontier of catalysis research in the world. This paper aims to develop a fast, convenient and large-scale synthesis method of monoatomic catalysts, which extends the concept of monoatomic catalysis to the fields of enzyme modification and traditional catalyst modification, and applies monoatomic catalysts to reactions with significant economic benefits. In this paper, several different catalytic systems have been developed: 1. The concept of mono-atom catalysis has been extended to bio-enzyme catalytic system to construct CaHP04/amylase composite nano-biocatalytic system. Ca2+ is considered to be the active control center in the catalytic system because of the allosteric effect of amylase. A total of three morphologies of CaHPO4/amylase nano-catalytic systems were synthesized, including nanoflowers, nanosheets and parallel hexahedral structures. Catalytic tests showed that the biological activity of amylase was influenced by the morphology and allosteric effect of nanostructures. Rh monoatomic catalyst materials supported on CoO substrates (Rh1/CoO) were successfully constructed. Rh1/CoO was applied to hydroformylation. Compared with Rh nanoclusters and granular catalysts, Rh1/CoO exhibited higher catalytic activity and selectivity for straight chain products. Further in situ spectroscopy and theoretical calculations showed that Rh1/CoO exhibited higher catalytic activity and selectivity for CO and H. Rh mono-atom can be induced to reconstruct the structure of Rh atom in the atmosphere of 2, which can enhance the adsorption of olefins by Rh mono-atom. The linear products can be selectively generated by the special configuration and coordination effect of Rh mono-atom. 3. Rh mono-atom catalyst material supported on VO_2 substrate material (Rh1/VO_2) has been successfully constructed. VO_2 is a special metal-absolute. The apparent activation energy of Rh_1/VO_2 varies with temperature in the hydrolysis of ammonia-borane. Further studies show that the change of activation energy is closely related to the highest occupied state of Rh atom, and the highest occupied state of Rh atom is determined by the phase of VO_2. Based on the mechanism of the hydrolysis of ammonia-borane We then designed and constructed non-noble metal mono-atom catalysts, which exhibited high activity in the hydrolysis of aminoborane. 4. The concept of mono-atom catalysis was extended to the center of non-metallic elements and modified by traditional catalysts to construct high-efficiency Co4N nanosheet catalysts for CO_2 hydrogenation. Co4N nanosheet catalysts were prepared via Co nanoparticles. Compared with Co nanosheets, the catalytic performance of Co_4N nanosheets has been improved by an order of magnitude. The subsequent in-situ spectroscopy showed that Co_4NHx was the real active phase in the catalytic process and the catalyst surface was rich in amino groups. H atoms in the amino groups were hydrogenated directly to CO_2 molecules to form HCO. O* species, the special reaction path makes the temperature of Co4N to CO_2 activation and conversion greatly decreased, thus greatly enhancing the catalytic activity. The non-metallic element N can be considered as a special component of the catalytic center in this catalyst system.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36
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,本文编号:2235281
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