准原子分散铂族金属催化和H*/H2O2介导的污染物间接电化学去除研究

基本信息
批准号:21777177
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:刘睿
学科分类:
依托单位:中国科学院生态环境研究中心
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张利强,周小霞,李莎莎,何凯达,赖余建,何佐亮
关键词:
活性氢准单原子催化剂电催化过渡金属氧化物间接途径
结项摘要

The electrocatalytic processes has great potential in the field of environmental decontamination. However, the practical application of this process in environmental management is hindered by materials science and economy challenges, as current electrocatalyst suffer from high cost but low stability, and the energy utilization efficiency is very low. In this proposal, we focus on elucidating the relationship between the structure of the reactive center and their activity in the two key process that involved in the electrochemical removal of pollutants---- the in the formation/stabilization of atomic H/H2O2, as well in the removal of the pollutants, and propose that the designing of ultrathin transition metal oxide nanosheets supported (Quasi) atomic dispersed Platinum group metal nanocatalyst to partially overcome the above mentioned drawbacks of the existing materials. We believe that in this catalyst, make full use of the atomic H that produced from the Volmer process on transition metal oxides, platinum group metal atoms multiple-function as stabilize center for atomic H, active center for generation of H2O2 through the two electrons pathway, and finally as the reaction site for the removal of environmental pollutants by atomic H/H2O2. Through suppressing the consumption of atomic H and energy by the hydrogen evolution reaction, and change the contaminant removal pathway from direct electrochemical reduction to atomic H/H2O2-mediated indirect route, it is anticipated that we can achieve low energy consumption and highly efficiency removal of environmental pollutants. Meanwhile, considering the critical role of single-atom catalyst in verious chemical processes, and the importance of suppressing the HER during the energy conversion/storage process, the implementation of this project not only has environmental significance, but also meaningful to the relevant fields.

电催化过程在污染物去除领域具有重要应用前景。当前电催化体系存在无法平衡H*/H2O2等活性物种的生成/稳定与HER过程的抑制,污染物去除途径主要为直接电还原、过电位高、能量利用效率低等问题。本项目拟从阐明铂族金属活性中心的构象与H*/H2O2的生成/稳定,以及间接还原/氧化去除污染物两个关键过程的构效关系入手。综合利用金属氧化物超薄纳米片在提高铂族金属原子利用率、稳定性和调控其构象/电子结构方面的独特优势,并结合其自身优良电催化活性,构建金属氧化物超薄纳米片负载的(准)原子分散铂族金属催化剂。在强化H*/H2O2介导的间接还原/氧化物去污途径的基础上,实现环境污染物的高效、低能耗电催化去除甚至矿化。鉴于单原子催化剂在多种化工过程中的关键作用,HER过程的抑制和电催化过程在能源转化/储存过程的重要角色,本项目的实施不仅具环境化学意义,获得的成果在上述领域也具有参考价值。

项目摘要

卤代有机污染物具有高毒性,难生物降解,且在我国环境介质中广泛检出。基于催化/电催化的还原脱卤过程是应卤代有机污染的有效手段,阐明还原脱卤反应界面过程对于设计活性高、成本低、稳定性的催化体系具有重要意义。. 研究通过系统控制Pd还原脱卤电催化剂的粒径和表面缺陷比例,发现在电催化还原脱卤过程中,Pd的缺陷位点可以高效生成/稳定活性H*, 是决定还原脱卤效率的关键位点。而在Pd 纳米颗粒表面,活性H*的产率、还原产物苯酚脱附和卤代酚吸附在不同电势区间起不同的作用,但整体法拉第效率皆小于10%,远低于富缺陷的Pd 纳米线的接近40%。基于这一认识,研究发展了Pd1/TiO2-x 电催化剂,通过完全抑制活性H转化为H2或者晶格吸附H, 将法拉第效率提高到了60%。更重要的是,得益于Pd与缺陷型TiO2-x间的协同作用,该催化剂的质量活性达到了Pd 纳米线和普通Pd/C的200倍和1000左右,显著提高了电化学脱卤过程的环境实用性。. 于此同时,高浓度的环境污染物经过转化,尤其是无害化处理,对其中的具有资源化的产物进行回收,不仅可以降低排放,还可以有效的提高整个水处理过程的经济性。基于这一认识,系统的研究了在高浓度卤代酚处理过程中直接将其转化为高附加值化学品环己酮的可行性。研究通过引入Au, Pd设计了Au@PdRh三金属催化剂,有效的缓解在催化加氢过程中活性H在Rh表面的强吸附中毒,实现了室温常压下卤代酚的高效转化为环己酮。除苯酚外,卤素阴离子,如Br-等也是有价资源。基于金属前驱体(PdCl42-,AuCl4-)与FeCl3间的配体置换过程,发展了一步法合成负载型M3Fe/γ-Fe2O3 NSs的新方法,并利用Au3Fe对Pd进行二重负载设计了Au3Fe@Pd/γ-Fe2O3 NSs。该催化剂可以高效转化溴代阻燃剂生产废水中的有机溴(3000 mg L-1)为无机溴,便于资源回收。. 项目完成了研究任务,达到了预期目标。培养优青2人,中科院青促会优秀会员1人。在Environ. Sci. Technol., CCS Chem, ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等高影响力期刊发表研究论文7篇。

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 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
2

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
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

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

五轴联动机床几何误差一次装卡测量方法

DOI:
发表时间:
5

不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

DOI:10.11766/trxb202008100444
发表时间:2022

刘睿的其他基金

批准号:81202861
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200966
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21774095
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:11902300
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21602106
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:81303142
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31271939
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81673411
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31770545
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31671962
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:21577157
批准年份:2015
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:41702157
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31470547
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:81100689
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41774150
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:41801063
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:31170478
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81771469
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:30900204
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900264
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473374
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:51901230
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41474151
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:21505008
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51601016
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:21801020
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81102830
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760018
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21207144
批准年份:2012
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

铂族金属纳米颗粒结构缺陷的电化学调控方法和机制及其电催化性能研究

批准号:51771134
批准年份:2017
负责人:钟澄
学科分类:E0102
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
2

利用动态现场原位技术研究铂族金属单原子和亚纳米催化剂CO氧化反应行为

批准号:21808212
批准年份:2018
负责人:关红玲
学科分类:B0803
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
3

贵金属原子层分散的铂基多金属纳米结构的构筑及其乙醇电催化氧化性能研究

批准号:21771009
批准年份:2017
负责人:张亚文
学科分类:B0103
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

氧化物担载铂和含铂双金属原子簇催化剂研究

批准号:28670088
批准年份:1986
负责人:李贤均
学科分类:B03
资助金额:3.00
项目类别:面上项目