高活性密度二硫化钼纳米片的可控合成及其加氢脱氧催化性能研究

With the increasing shortage of fossil energy and continuous deterioration of environmental, the biomass fuel has become more and more important as an ideal renewable clean energy. To utilize the biomass energy more efficiently, it is strongly demanded to develop high-performance hydrodeoxygenation catalysts with higher activity and better selectivity. Increasing the active site density and clarifying the relative functional classification are the key issues for the optimal design of high-performance hydrodeoxygenation catalysts. Based on the previous work, a solid micro-domain reaction method will be adopted to prepare molybdenum disulfide nanosheets with high active density, and the formation mechanism will also be discussed to realize the controllable synthesis. With the Li-ion intercalation exfoliation and its assembly technique, a series of catalysts with various microstructures will be prepared, and their catalytic performances will also be evaluated to discover the Structure-Function relation.And then,the relative functional classification of active sites can be clarified. Moreover, a high- performance hydrodeoxygenation catalyst with high activity and selectivity can be obtained through the final optimal structural design. Consequently, this project is of great theoretical and practical significance in promoting the development of high-performance hydrodeoxygenation catalysts, and further motivating the effective hydrotreating and large-scale application of biomass energy.

随着化石能源的日趋枯竭和环境的不断恶化，生物质燃油作为理想的可再生清洁能源的重要性日益凸显。为了更加高效的利用生物质能，必须开发出具有更高活性和选择性的高性能加氢脱氧催化剂；而提高活性密度，弄清活性位的相对功能性分类，是优化设计结构，开发高性能加氢脱氧催化剂的关键。基于前期工作基础，本项目拟采用固相微区反应法，制备具有高活性密度的二硫化钼纳米片，讨论其形成机制并实现可控合成，再结合锂离子插入剥离及其自组装技术，合成一系列具有微结构差异的纳米片催化剂；通过考察这些纳米片微结构变化引起的催化性能差异，弄清活性位的相对功能性分类；通过最后的本征结构优化设计，获得具有高活性和选择性的高性能加氢脱氧催化剂。本项目的顺利开展，可有效促进高性能加氢脱氧催化剂的开发，推动生物质能的高效精制和规模应用，具有重要的理论和实践意义。

随着化石能源的日趋枯竭和环境的不断恶化，生物质燃油作为理想的可再生清洁能源的重要性日益凸显。为了更加高效的利用生物质能，必须开发出具有更高活性和选择性的高性能加氢脱氧催化剂；而提高活性密度，弄清活性位的相对功能性分类，是优化设计结构，开发高性能加氢脱氧催化剂的关键。. 基于前期工作基础，本项目采用固相微区反应法，制备出具有高活性密度的二硫化钼纳米片，讨论其形成机制并实现可控合成，再结合锂离子插入剥离及其自组装技术，合成一系列具有微结构差异的纳米片催化剂；通过考察这些纳米片微结构变化引起的催化性能差异，弄清了活性位的相对功能性分类；此外，还探讨了镍和钴等助剂对加氢脱氧催化活性和选择性的影响。研究结果表明：. (1) 在二硫化钼催化剂作用下，4-甲基苯酚加氢脱氧反应对直接脱氧的选择性高于先加氢后脱氧；但随着二硫化钼堆垛层数增加，减小了对反应物平面吸附作用的阻碍，对先加氢后脱氧的选择性逐渐提高。. (2) 二硫化钼结构侧面的边缘活性位只能进行直接脱氧，而上下底部的边缘活性位既可以进行加氢脱氧，也可以进行直接脱氧；惰性的基础面在弯曲制造缺陷的情况下也具有活性；. (3) 助剂镍、钴的添加会减小催化剂的比表面积，但会提高其有效金属活性位的数量。镍助剂会促进二硫化钼催化剂的晶体生长，而钴助剂在较低的退火温度下（400 ℃ - 700 ℃）则会抑制二硫化钼催化剂的晶粒长大，得到粒度更小的纳米薄片；在4-甲基苯酚的加氢脱氧反应中，镍和钴助剂均会提高二硫化钼催化剂的活性，且随着退火温度的升高，催化剂的活性都先增加后降低，在600 ℃达到最大值;. (4) 在镍促助二硫化钼催化剂作用下，4-甲基苯酚加氢脱氧反应的路径中加氢路径的选择性高于直接脱氧路径，而在钴促助二硫化钼催化剂作用下，则更倾向于直接脱氧路径。. 上述结果丰富了高性能加氢脱氧催化剂开发与设计的理论基础，有助于推动生物质能的高效精制和规模应用，具有重要的理论和实践意义。