项目名称: 铁系纳米阵列结构化催化剂的制备与性能研究

项目编号: No.21076014

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2011

项目学科: 电工技术

项目作者: 刘军枫

作者单位: 北京化工大学

项目金额: 12万元

中文摘要: 多相催化剂的结构化(整体式)设计做为工业催化剂的一个发展方向,受到材料、催化工作者的广泛关注。结构有序的一维纳米材料组成的纳米阵列,由于其特殊的结构和性质,一直是纳米材料研究的热点之一。我们提出以有序纳米阵列作为结构化催化剂,围绕铁系金属一维纳米阵列的合成及其在催化领域的应用展开一系列研究工作。通过对合成工艺的优化,制备了具有不同优势晶面、不同尺寸的铁系金属(如Fe、Co)氧化物一维纳米阵列。通过烯烃选择性氧化以及电催化反应,探索了其尺寸、优势晶面与催化剂性能之间的关系,从不同尺度揭示催化活性与微结构之间的关系,阐明催化过程的微观机制及影响因素。我们所获得的多级Co3-xFexO4纳米阵列具有大比例高活性晶面,在苯乙烯选择性氧化反应中表现出优异的活性、选择性及稳定性;ZnxCo3-xO4纳米阵列在电催化OER反应具有很好的活性,有望在实际中得到应用。

中文关键词: 纳米阵列;结构化催化剂;铁系;多级结构

英文摘要: Development of structured catalysts (or monolithic catalysts) has been one of the major achievements in the field of heterogeneous catalysis and chemical reaction engineering recently. Well ordered one dimensional nanostructured array with uniform size and well defined crystal surfaces have promising applications in design of novel structured catalysts with high catalytic activity, also are of great importance in the fundamental research of catalysis. Our research work focuses on the studies of iron group based one dimensional array, regarding the synthesis and applications in catalysis. With optimization of the synthesis process, iron group metal (like Fe, Co) oxides one dimensional array with controlled size and preferential crystal surfaces has been fabricated. The catalytic performance of above array was performed by probe reactions. The relationship between catalytic activities and microstructures (size/crystal surface) of nanoarray and the mechanism of catalytic process and influencing factors was investigated. Large-scale arrays of hierarchical cobalt iron oxide nanowires with uniform exposed crystal planes have been fabricated for use as structured catalysts. The cobalt iron oxide arrays have a predominance of highly active {112} planes exposed, and showed high catalytic activity (92.2% conversion) and selectivity (64.6% for benzaldehyde) for styrene oxidation. Furthermore, the catalysts have excellent recyclability making them a potential material for use as practical structured catalysts. As well, ZnxCo3-xO4 nanoarrays was synthesized by hydrothermal method, which showed remarkable activity in OER reaction. All these will lead to design and synthesis of highly active novel nanoarry structured catalysts, which provides inorganic functional nanomaterials with new solution in the application of catalysis.

英文关键词: nanoarray; structured catalyst; iron group; hierarchical structure

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