过渡金属硅化物催化新材料的微波辅助制备、表征及其加氢脱氧性能

Transition metal silicides have caught the extensive attention due to their special physical-chemical properties. However, contrallable systhesis and hydrodeoxygenation properties of the transition metal silicides with high dispersity, high surface area, and single phase is still a major challenge. This proposal plans to design single phase and stoichiometric metal silicide catalysts at molecular level by using microwave-assisted pyrolysis method and the “hot-point” effect. Based on the in situ characterization methods and theoretical calculation, the research objective is devoted to controlling the mesoscopic structure of transition metal silicides (chemical and geometric control), exploring the formation processes of transition metal silicides, tuning the surface catalytic active center, and building the relasionship between microwave chemistry and materials engineering. Hydrodeoxygenation of typical biomass platform molecules (guaiacol, anisole, 2-methyl-tetrahydrofuran) over the transition metal silicide catalysts will be investigated in order to well understand the HDO function mechanism of transition metal silicide. The implementation of the project will develop a new effective metal silicide HDO catalyst.

过渡金属硅化物因其独特的物理化学性能在催化领域得到了广泛关注，但是可控制备高分散性和单一相态的过渡金属硅化物催化材料并探索其催化性能仍然是一个前沿性课题。本项目拟采用微波辅助技术，利用微波“热点”效应，在分子层面上设计并制备单一相态和化学计量比的过渡金属硅化物催化新材料。采用多种原位表征手段并结合理论计算，实现对过渡金属硅化物催化剂的结构控制(化学控制和几何控制)，探究过渡金属硅化物形成机理，调控其表面催化活性中心，从而建立微波过程、前驱体与金属硅化物材料之间的内在联系。以具有代表性生物质平台分子如愈创木酚、苯甲醚、2-甲基-四氢呋喃等的加氢脱氧为探针反应，系统地研究过渡金属硅化物的加氢脱氧性能，揭示过渡金属硅化物加氢脱氧催化机制，开发出新型高效过渡金属硅化物加氢脱氧催化剂。

在本项目的资助下，项目组按照年度研究计划，针对生物质平台分子加氢脱氧特性，利用微波辅助快速热解选控制备高度分散的负载型单一相态和化学计量比的过渡金属硅化物催化新材料（Co2Si，NiSi，CoSi，FeSi等），并对微波固态化学进行研究，探究过渡金属硅化物形成过程。采用多种表征手段揭示了金属硅化物催化剂的表面催化活性中心，几何构型和电子结构。选取具有代表性的含氧有机分子如：苯酐、肉桂醛、二苯醚、苯甲醚等的加氢脱氧为探针反应，在高压釜式反应器和固定床反应器中测试所制备的高度分散的负载型单一相态和化学计量比的过渡金属硅化物催化新材料的HDO反应性能，揭示了过渡金属硅化物加氢脱氧作用机理，为开发出新型高效过渡金属硅化物加氢脱氧催化剂奠定了基础。在本学科领域国际知名期刊上（ChemCatChem, Catal. Lett., ChemistrySelect, J. Phy. Chem. C, Catal. Today, Ind. Eng. Chem. Res.,Catal. Sci. Technol., J. Mater. Chem. C等）共发表高水平的研究论文24篇，其中项目标注15篇，申请发明专利11项，其中授权专利6项；发表会议论文14篇，并在第十六届国际催化大会和2017年国际煤科学技术大会国际会议上做口头报告；培养硕士研究生 2名，并协助梁长海教授指导博士生2名。