纳米碳材料非金属催化作用本质研究

纳米碳材料表面含有具有催化活性的功能团，可以替代传统的金属及其氧化物催化剂直接用于烷烃催化转化相关反应。纳米碳非金属催化已经成为国际材料与催化领域最活跃的创新方向，目前的关键瓶颈与挑战是如何在分子水平阐述该催化过程作用本质。本项目采用原位光谱、近常压能谱及结构表征方法解析活性区域的原子结构，实时监测活性位点和活性物种的演变机制，揭示碳材料气相氧化脱氢和液相氧化反应的本质规律，合成孤立活性位的高活性催化材料，通过结构筛选和宏观结构优化，发展新一代低温、高选择性的烷烃催化转化实用技术，建立自主创新的纳米碳催化基础及应用研究平台，推动碳材料科学和催化基本理论的创新发展。本研究不仅可以解决纳米碳非金属催化研究的基本科学问题，并且将"非金属催化"新理念拓展到工业催化的多个核心领域，最终为我国传统化学工业的产业升级及可持续发展奠定理论基础。

纳米碳材料表面含有具有催化活性的功能团，可以替代传统的金属及其氧化物催化剂直接用于烷烃催化转化等化学反应之中。纳米碳材料温和的催化反应活性、绿色环保可再生的特点使得非金属纳米碳催化领域已经成为国际材料与催化领域最活跃的创新方向。本项目的研究工作内容主要集中在以下三个关键科学问题：1、纳米碳催化作用本质；2、新颖纳米碳催化体系开发；3、纳米碳催化工业化探索。.项目取得的主要研究进展包括：1、将非金属纳米碳催化应用于烷烃脱氢，选择性氧化，炔烃氢卤化，氧气电化学还原等多种新颖反应类型之中，扩展了纳米碳催化的研究平台，为相关领域研究提供了新的方向。2、成功开发多种新型纳米碳催化材料，如纳米金刚石/石墨烯复合型碳基催化剂，表面修饰型纳米碳催化剂，以及金属填充的纳米碳催化剂等，并对纳米碳催化剂活性和结构之间的联系进行了系统的总结。3、利用原位光谱技术，电子显微分析，以及化学滴定等手段系统研究气相或液相反应中纳米碳催化剂活性位点的定性和定量方法。利用催化反应动力学手段在原子或分子尺度上揭示不同反应体系中纳米碳催化作用的本质机制。4、发展了整体式纳米碳催化剂的制备方法，以及纳米碳与工业催化剂结合的模式，切实推进了纳米碳催化的潜在工业化进程。.项目发表论文121篇，申请或授权发明专利13项，出版中文学术专著一部，初步建立起非金属纳米碳催化的理论体系，同时为纳米碳催化的工业化进程奠定理论基础。项目组成功举办四届全国碳催化学会（2013-2016），同时在国内和国际学术会议上作邀请报告100余次，成功推广了相关研究成果。项目执行期内一人次晋升为教授，二人次晋升为研究员，二人次晋升为副研究员，毕业博士研究生23名，硕士研究生12名，成功建立起一支完整的高水平非金属纳米碳催化研究团队。项目的顺利实施完成从多个角度推动了非金属纳米碳催化领域的快速发展。.