双金属纳米粒子基核壳结构复合材料的可控制备及其性能研究

基本信息
批准号:51672053
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:李国栋
学科分类:
依托单位:国家纳米科学中心
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵曼,张银,CHOE KWANG HAK,VIJAYAN SRINIVASAPRIYAN
关键词:
双金属纳米粒子性能调控核壳结构可控制备多孔载体
结项摘要

Noble metal based nanostructured composites have been attracting more and more significant concern because they are very promising for a wide range of applications in the field of optics, electronics, biology, catalysis, et al. However, until now their practical applications still remain big challenges and there are some unresolved problems, which can be ascribed to the following three possible reasons: (1) The resource of noble metals is relatively rare and expensive, leading to high production cost. (2) Noble metal nanoparticles tend to have high surface energy, leading to the easy migration and sintering of them into large sizes and poor stability. (3) It is hard to tune their performance in a wide range due to the limit in the single noble metal component. Aimming at the selective catalytic activation of C=O bonds in typical substrate molecules, this proposal suggests to design and fabricate the composites containing bimetallic cores by controlling the nucleation and growth process of the shell materials in the solution that have special modifier as the surface primers. It should be pointed out that using the bimetallic nanoparticles composed of noble metal and non-noble metal to replace the single noble metal nanoparticles will contribute to the decrease in the use of noble metals. Moreover, non-noble metal can tune the electronic structure of nobel metals in bimetallic composites, and change the coordinative environment of noble metals and the metal distribution on the surface, thus leading to the improved catalytic efficiency. Meanwhile, to improve the stability of individual bimetallic nanoparticles, porous materials are used as the supports to encapsulate single bimetallic nanopartile with the core-shell structures, in which the bimetallic cores are completely sorrounded by porous materals and thus promote the synergestic interaction between them. In this project, the mechanism of heterogeneous nucleation and growth including bimetallic nanoparticles and core-shell structure will be elucidated in detail, and the interfacial microstructures of both will be disclosed. By using different types of characterization methods and density functional theory (DFT), the influence of the microstructure of the core-shell structured composites on their catalytic performance based on the selective catalytic activation of C=O bonds in typical substrate molecules will be also studied. These will benefit us to understand the relationships including bimetallic nanoparticles and shell materials, and the structure and activity of the core-shell composites.

贵金属基纳米复合材料在光学、电学、生物和催化等领域展现出了一些优异的性能,然而,这类材料的实际应用仍存在一些问题,如贵金属相对稀缺且价格昂贵;贵金属纳米粒子具有高的表面能,稳定性较差;单一贵金属纳米粒子的性能调控空间有限等。针对上述问题,本项目拟以典型的选择性催化“C=O键活化”反应为出发点,设计和可控制备以非贵金属与贵金属的双金属纳米粒子为内核和多孔材料为壳层的核壳型复合材料。采用双金属代替单一贵金属不仅可以减少贵金属用量,而且可以调控贵金属的电子结构、改变其配位环境和表面元素分布,提高其催化效率。采用核壳结构可以避免纳米粒子的聚集和脱落,提高其稳定性;同时内核表面可与壳层完全接触利于两者间协同作用。本项目将重点探讨双金属之间以及双金属核与壳层的异相成核和生长机制,揭示双金属粒子与壳层间的界面微观结构。同时,结合多种表征手段和密度泛函理论,揭示双金属纳米粒子与壳层间的协同催化作用原理。

项目摘要

研究工作主要围绕着构筑以双金属纳米粒子为核和以多孔材料为壳的多功能复合材料,重点探讨核壳结构的形成机制;揭示双金属纳米粒子与壳层间界面微纳结构与其催化性能间的内在构效关系。已取得的创新性成果如下:1)以催化CO2与炔醇羧化环化为模型,构筑了多孔共轭微孔聚合物包覆AgAu双金属纳米粒子的空心三明治结构,利用双金属间的协同效应实现了高效催化转化制备α-亚烷基环状碳酸酯。2)以选择性氧化硫醚为模型,构筑了以AuPd双金属纳米粒子为夹层和以PCN-223(Mn)为壳层的三明治结构催化剂,AuPd双金属纳米粒子可以实现原位产H2O2作为氧化剂,同时与PCN-223(Mn)协同催化氧化硫醚高选择制备亚砜。3)以选择性加氢反应为模型,利用UiO-67(Zr)可控包覆Pd纳米粒子构筑三明治结构催化剂,限域孔道中通过两者协同实现了对底物炔烃的富集及其高选择性转化制烯烃;进一步,利用UiO-66(Zr)可控包覆Pd1Cu4双金属纳米粒子构筑三明治结构催化剂,实现了原位产氢,同时高选择转化3-硝基苯乙烯制备3-氨基苯乙烯;此外,还利用MIL-101(Cr)包覆PtNi双金属纳米粒子,实现了串联催化苯酚加氢制备KA油,Ni位点可以显著增强Pt的催化活性。该系列研究工作可为新型双金属纳米粒子基核壳型纳米催化剂的设计和可控制备提供新思路。截至目前,在面上项目的资助下,共发表论文10篇,包括Science Advances(1篇)、Angewandte Chemie International Edition(2篇)、Advanced Materials(1篇)、Advanced Energy Materials(1篇)、Journal of Materials Chemistry A(1篇)等,申请发明专利5项。

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

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

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

李国栋的其他基金

批准号:21303029
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560613
批准年份:2015
资助金额:36.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:20501009
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51579206
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:21071060
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:U1404401
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:联合基金项目
批准号:59864002
批准年份:1998
资助金额:11.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:10872164
批准年份:2008
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:59374168
批准年份:1993
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:21371070
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:50164003
批准年份:2001
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81360140
批准年份:2013
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30660059
批准年份:2006
资助金额:21.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71403165
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51568053
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

核壳双金属纳米粒子的可控制备、原子结构和物性研究

批准号:50971011
批准年份:2009
负责人:王荣明
学科分类:E0101
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
2

双金属核壳结构纳米粒子的制备及其表面增强拉曼光谱研究

批准号:20573076
批准年份:2005
负责人:顾仁敖
学科分类:B0205
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
3

单分散磁性核/壳结构纳米复合材料的可控制备与性能研究

批准号:51204085
批准年份:2012
负责人:史蓉蓉
学科分类:E0413
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

二氧化钒基核壳纳米结构可控制备及其变温光电性能研究

批准号:61204018
批准年份:2012
负责人:尹海宏
学科分类:F0401
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目