基于化学循环构建的可再生资源重整制氢催化剂设计及过程强化

以生物质资源为原料制取氢气是具有可再生性的中长期氢能源解决方案。本项目通过对以乙醇和甘油为代表的生物质资源的重整制氢过程中催化剂上载体、活性组分、反应产物等之间的化学转化循环的理性设计，强化重整制氢反应的活性、选择性和稳定性。项目提出利用生物资源重整反应过程中生成的CO2与催化剂载体构成化学循环，通过催化剂的掺杂改性、形貌控制调控此化学循环过程中催化剂活性组分与载体的相互作用，一方面解决困扰高温重整反应过程走向实用的催化剂因烧结、积碳等失效的问题；同时探索一种重整制氢-CO2捕集相耦合的新型低排放重整制氢方法。由此所获得关于重整催化剂中金属-载体动态相互作用的新认识将为多相催化设计提供新的思路和方法。

以生物质资源为原料制取氢气及高附加值化学品是具有可再生性的能源和化工制造解决方案。本项目对以甘油为代表的生物质资源的重整制氢过程中催化剂上载体、活性组分、反应产物等之间的化学转化循环的理性设计，强化重整制氢反应的活性、选择性和稳定性；探索了甘油的选择性氧化高附加值催化转化利用方法及其催化本质。. 项目在甘油制氢方面主要进行了以下研究：首先以Ir/La2O3为模型催化剂，详细表征了其在甘油重整制氢过程中的结构变化和失活原因，并发展了Ca掺杂的新型Ir/La2O3催化剂，大大提高了催化剂稳定性；随后，基于对Ir- La2O3相互作用和化学循环过程物种演变的认识，通过对La2O3载体的形貌控制优化了甘油重整制氢过程的化学循环，显著提高了Ir/La2O3催化剂的稳定性；利用类似的化学循环构建，设计了基于非贵金属Co的吸附-催化双功能材料用于甘油吸附增强重整制氢，该催化剂具有优异的循环稳定性。所开发的重整制氢催化剂具有文献最高的氢气产率和优异的稳定性，具有良好的应用前景。. 在甘油的选择性氧化深度利用方向，发展了掺氮碳纳米管负载的Pt-Bi催化剂，可以高活性高选择性地制取2-羟基丙酮。明确地阐释了Pt催化剂与掺氮碳纳米管的界面电子转移机理对催化活性的影响；发展了Bi对Pt表面修饰调控2-羟基丙酮选择性的新方法。这些基于催化剂表界面调控的强化方法对指导高效贵金属催化剂的开发具有指导意义。