单原子金属催化活性中心低温完全氧化甲醛

This proposal is to study the complete oxidation of formaldehyde over catalytically active single-atom metal centers supported on Hollandite mangangese oxides (HMO) at low temperatures, the objectives of which are to investigate synthesis methods of the single-atom metal catalysts and catalytic performance in the low-temperature complete oxidation of formaldehyde. The contents and expected results of the study include: 1) Reactive facet-controlled synthesis of the HMO is conducted to expose a large precentage of the mouths of the HMO tunnels on the surface. 2) Single atoms of Ag, Au or Pt are anchored at the mouths of the HMO tunnels to form catalytically active single-atom metal centers in order to achieve high catalytic performance in the complete oxidation of formaldehyde. 3) To improve the catalytic activation, we will make two metals (Ag-Au, Ag-Pt or Au-Pt) to be anchored on different mouths of the HMO tunnels to form catalytically active "double" single-atom metal centers.4) The optimal synthesis method for single-atom cataltically active centers will be obtained, on which the mechanism of the complete oxidation of formaldehyde will be achieved. It is important of this study to understand the catalytic performance of the supported metal catalysts at the atom's level, and it is also critical to reveal the nature of the complete oxidation of formaldehyde on the catalysts at low temperatures from the points of view of theory and practice.

本项目为单原子金属催化活性中心完全氧化甲醛的研究，探索Hollandite型氧化锰（HMO）镶嵌单原子金属的制备方法和对甲醛完全氧化的催化性能。拟解决的科学问题：（1）晶面可控地合成HMO；（2）将单组分金属（Ag，Au和Pt）镶嵌于HMO孔道口形成单原子催化剂并探索其对甲醛氧化的性能；（3）在HMO不同的孔道口分别镶嵌两种金属（Ag-Au，Ag-Pt或Au-Pt）合成双组分的单原子金属催化剂并研究对甲醛氧化的催化活性；（4）研究单原子金属催化剂对甲醛氧化的反应机理。预期的重要成果：（i）制备出具有孔道口高暴露比率的HMO；（ii）获得单原子金属催化剂的最佳合成方案；（iii）研制出高原子利用率的高效单原子金属催化剂；（iv）获得低温催化氧化甲醛的反应机理。本项目对从原子尺度上理解金属催化剂的氧化性能具有重要的科学意义，对揭示低温催化法完全氧化甲醛污染物的一般规律具有重要的理论和实用价值。

本项目为单原子金属催化活性中心完全氧化甲醛的研究，探索Hollandite型氧化锰（HMO）镶嵌单原子金属的制备方法和对甲醛完全氧化的催化性能。主要研究内容包括：（1）合成长径比更小的HMO纳米颗粒（HMO NP），充分暴露具有高催化活性的(001)晶面；（2）将金属Ag镶嵌于HMO NP表面形成单原子催化剂并探索其对甲醛氧化的性能；（3）将不同大小的银颗粒负载在HMO NP表面并研究其在甲醛反应中的活性位和电子结构。本项目获得了一些重要的研究成果：（1）单原子催化剂可以通过热扩散的方法进行合成，并且通过调节焙烧温度可以合成不同大小的负载型银颗粒催化剂；（2）负载型银颗粒催化剂在甲醛反应中的活性位是所有表面银原子；（3）单原子银催化剂在甲醛反应中表现出最好的活性，高的催化活性是由于活性位的增多和活性位银原子d轨道中心的上移导致活化能降低，促进反应的进行。本项目取得的研究成果发表了13篇SCI论文：两篇化学类国际顶尖杂志Angew. Chem. Inter. Ed. (IF = 11.709) 53 (2014) 3418-3421; 52 (2013) 660-664; 四篇化学国际主流的杂志，即两篇Chem. Commun. (IF = 6.567) 52 (2016) 9996-9999; 51 (2015) 9888-9891和两篇Chem. Eur. J. (IF = 5.771) 21 (2015) 17397-17402; 21 (2015) 9619-9623；五篇环境类国际顶尖杂志Environ. Sci. Technol. (IF = 5.393) 50 (2016) 11951-11956; 50 (2016) 5825-5831; 49 (2015) 14460-14466; 49 (2015) 7042-7047; 49 (2015) 2384-2390；一篇Catal. Commun. (IF = 3.389) 75 (2016) 74-77；一篇Catal. Lett. (IF = 2.297) 145 (2015) 1880-1884。总的IF = 80.745，平均每篇文章的IF=6.2. 这样，80万元/13篇 = 6.15万元/篇，即每投资6.15万元可以获得科研成果为IF = 6.2的SCI论文一篇。