石墨烯限域下的奇异界面化学及催化反应研究

基本信息
批准号:21373208
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:傅强
学科分类:
依托单位:中国科学院大连化学物理研究所
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:谭大力,金立,方光宗,张燕红,杨阳,董爱义,高丽君
关键词:
石墨烯动态表征纳米催化界面催化表面化学
结项摘要

Carbon nanotubes have 1-dimensional (1D) hollow structures and, thus, can be used as nanoreactors for many reactions. Due to the small size (tens of nm) of the hollow space and unique electronic structure of the graphene walls, enhanced catalytic performance may be observed for reactions occurring inside of the carbon nanotubes. It is known that 2D nanospace forms between graphene overlayers and substrates. We have observed that metal atoms or gaseous molecules can be accommodated in the 2D space via an intercalation process. The distance between graphene and substrate typically falls within 1 nm and, moreover, graphene has unique electronic structure at Fermi level. It is expected that adsorbates confined underneath graphene may present novel physical and chemical properties, which, however, have not yet been addressed. In the present project, epitaxial graphene structures are to be grown on metals via chemical vapor deposition (CVD) or surface segregation to obtain the model surfaces, e.g. graphene/Ru(0001), graphene/Pt(111), and graphene/Co(0001). Intercalation of metal atoms and gaseous molecules at the graphene/metal interfaces will be studied by various surface techniques including STM, XPS, UPS, PEEM, and LEEM. The surface reactions occurring at the graphene/metal interfaces can be monitored in-situ by UPS or PEEM. Based on the in-situ and dynamic surface studies, the confinement effect of the graphene "blanket" on the surface chemistry and reactions below will be derived. Furthermore, the basic understanding from the model systems will be extended to the real catalytic systems. Metal@graphene "core-shell" nanoparticles will be synthesized by deposition of monolayer carbon structures on metal nanoparticles. Alternatively, metal or metal oxide nanoparticles can be intercalated into graphite microcrystals, producing graphene/metal/graphene "sandwich" structures. The atomic structure and electronic properties of the graphene-covered or graphene-confined catalysts will be studied by TEM, EELS, XAS, and UPS. Catalytic reactions at gas-solid interfaces, e.g. low temperature catalytic oxidation, ammonia synthesis, and oxygen reduction reaction are conducted over the graphene confined catalysts, which is monitored by gas chromatography (GC) and mass spectrometer (MS). Through the research efforts from both model systems and real catalysts, we attempt to explore the chemistry under graphene. It is expected to see that surface reactions can be controlled by making use of confinement effect of the graphene cover.

石墨烯与固体表面通过弱的范德华力相互作用,因此石墨烯与载体表面形成一个独特的两维纳米空间。前期研究发现通过插层反应单分散的金属催化剂和气体分子可以容纳到石墨烯表面下,从而实现限域在该纳米空间中的催化反应过程。由于石墨烯"毯子"的限域作用,其表面下的化学和催化反应将表现出奇异的行为,这为催化调控提供了新途径。本项目拟在外延石墨烯表面上利用原位动态表征技术从微观上研究石墨烯限域下的表面化学过程,探讨石墨烯对界面处的催化反应的调控机制;进一步合成具有金属@石墨烯"核-壳"结构和石墨烯/金属/石墨烯"三明治"结构的实际纳米催化体系,实现在低温选择氧化、合成氨、电化学氧还原等反应中的应用。在多相催化的研究和实践中,金属表面积碳一直被认为是催化失活的主要原因之一,通过对单层碳限域下的表面催化过程进行深入研究,期望将表面碳结构的形成作为促进催化反应的新途径,重新认识表面碳在多相催化中的作用。

项目摘要

石墨烯等两维材料与固体表面通过弱的范德华力相互作用,因此石墨烯与固体表面形成一个独特的两维纳米空间,通过插层反应单分散金属催化剂和反应气体分子可以容纳到石墨烯表面下,从而实现限域在两维纳米空间中的催化反应过程。借助于石墨烯的限域作用,其表面下的化学和催化反应将表现出奇异的行为,这为催化反应调控开辟了新途径。本项目在石墨烯和h-BN等两维材料表面上利用PEEM/LEEM, STM, NAP-XPS等原位动态表征技术从微观上研究两维限域表面化学过程,探讨表面化学和表面催化的调控机制;制备出具有金属@两维材料“核-壳”结构的纳米催化体系,实现高效催化氧化、合成气转化和电催化反应过程。基于以上的研究从微观上理解两维限域催化效应,提出“限域场”的概念,创制了多种具有高活性和高稳定性的纳米金属催化剂,在合成气转化和电催化反应等过程取得重要应用。在PNAS, Nano Lett, ACS Nano, ACS Catal, Chem Sci等高水平期刊上发表高水平论文22篇。相关研究引起国际同行的广泛关注,受邀在Chemical Society Review上撰写相关专题的综述,着重阐述我们提出的“Chemistry under 2D Cover”概念。同时申请专利5项,在国际会议上做邀请报告8次,培养学生4名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
4

生物炭用量对东北黑土理化性质和溶解有机质特性的影响

生物炭用量对东北黑土理化性质和溶解有机质特性的影响

DOI:10.19336/j.cnki.trtb.2020112601
发表时间:2021
5

滴状流条件下非饱和交叉裂隙分流机制研究

滴状流条件下非饱和交叉裂隙分流机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2020.0744
发表时间:2021

傅强的其他基金

批准号:20274028
批准年份:2002
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:81470917
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:30872629
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:91545204
批准年份:2015
资助金额:380.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81572415
批准年份:2015
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:81270780
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31371939
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81873830
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:29704007
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608432
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59773025
批准年份:1997
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81773689
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:21034005
批准年份:2010
资助金额:260.00
项目类别:重点项目
批准号:50373030
批准年份:2003
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:31371011
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:30973016
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31860711
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51408344
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39800077
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41120004
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:专项基金项目
批准号:41320008
批准年份:2013
资助金额:35.00
项目类别:专项基金项目
批准号:20873143
批准年份:2008
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:30370937
批准年份:2003
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:21073183
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:50533050
批准年份:2005
资助金额:140.00
项目类别:重点项目
批准号:31802335
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81573732
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:30873193
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:20874064
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:81573391
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:30672551
批准年份:2006
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:50973065
批准年份:2009
资助金额:41.00
项目类别:面上项目
批准号:39900092
批准年份:1999
资助金额:13.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20603037
批准年份:2006
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31602151
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

限域空间内构筑石墨烯纳米纤维柔性电极及其电化学动力学研究

批准号:51872304
批准年份:2018
负责人:何海勇
学科分类:E0208
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

氧化石墨烯限域水的结构和高压结构相变研究

批准号:11404036
批准年份:2014
负责人:李冰
学科分类:A2002
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
3

石墨烯的定域化学修饰研究

批准号:21473001
批准年份:2014
负责人:谢芹
学科分类:B0305
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

单原子铁限域氮掺杂碳纤维表界面调控及类Fenton催化反应机制研究

批准号:21876039
批准年份:2018
负责人:姚运金
学科分类:B0607
资助金额:65.00
项目类别:面上项目