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王勇课题组在含氮炭基材料的合成及应用方面取得新进展

编辑:cgsoft 时间:2014年10月08日 访问次数:487

随着我国经济、社会的发展,能源供需矛盾日益突出。尽管天然气和原油的消费增速比煤炭消费增速加快,煤炭仍是中国最主要的能源消耗品。近来,我国大部分地区遭遇严重的雾霾天气,造成雾霾天气的大气悬浮颗主要是由燃煤、机动车等污染排放产生的。传统能源的清洁化生产与利用是解决环境污染的基本发展方向,而开发高效的多相催化剂则是实现能源清洁生产与利用的基本途径。工业生产中的催化过程大多属于多相催化。和均相催化相比,多相催化具有许多优点,如催化剂和反应液容易分离等,但是其催化活性往往远低于均相催化剂。因此,研究如何使多相催化剂均相化,提高多相催化剂的催化活性是化学工业中面临的一大主要难题,也是一个关系人类生存环境及健康的重大问题。
针对这一难题,化学系催化所-新和成研发中心王勇课题组利用葡萄糖作为碳源,通过水热碳化的方法制备了一类氮掺杂的纳米炭小球。以含氮纳米炭小球作为载体负载纳米Pd颗粒作为催化氧化的高效催化剂,以空气作为廉价的氧化剂,实现了温和条件下C-HO-H键的高效催化氧化。以纳米级(<100nm)的炭小球作为载体材料,增大了反应过程中催化剂和反应物分子之间的接触面积,强化了反应过程的传质,在一定程度上实现了多相催化剂的均相化,极大地加快了反应速率,反应速率的提高引起工业界的兴趣。氮元素的引入改变了炭基材料的电子结构,使得制备得到的含氮纳米炭小球性能比活性炭更优异。该研究成果目前已发表在Nature子刊Nature Communications(Nature Commun. 2013, DOI: 10.1038/ncomms2586)
该工作第一作者为博士生张鹏飞,他08年进入化学系学习,主要从事空气氧化方面的研究,目前以第一作者发表论文8篇。该工作得到国家自然科学基金委员会-中国石油天然气集团公司石油化工联合基金资助项目(U1162124)、中央高校基本科研业务费、浙江省重点科技创新团队、浙江省新和成股份有限公司以及浙江大学-马普伙伴小组的资助。