基于MOF模板的多级孔纳米催化剂的制备及其对二氧化碳催化转化性能

Conversing carbon dioxide (CO2) to valuable chemicals are very important for reduction of greenhouse gases emissions and utilization of carbon resources. To date, there are some major challenges in the processes of catalytic conversion of CO2 to fine chemicals, such as poor stability of catalyst and low CO2 conversion. In this project, we propose to construct non-noble metal-based hierarchically porous catalysts through MOF-templated method. The main contents in this proposal are as follows:.(1) First, to select metal ions and ligands, then prepare catalytic metal loaded MOFs. Finally, to construct 3D non-noble metal-based hierarchically porous nanocatalysts by thermal transition of the MOF precursor. .(2) To investigate the synergistic mechanism between the catalytic metal active center and the catalyst support, and the impact of structure of the catalytic support on the stability, efficiency, selectivity and mass transfer properties..(3) Collection of thermodynamic data and building a kinetic model of the CO2 conversion processes in the confined reaction fields..In summary, our project aims to provide useful information about MOF-templated synthesis of hierarchically porous catalysts for CO2 conversion, and the catalytic mechanism of the CO2 conversion in the confined reaction fields as well as the kinetic equation of the catalytic processes. Moreover, our research on the project can provide the fundamental data and theoretic supporting for the high efficient utilization of CO2 resources.

将CO2作为碳一资源转化为高附加值的化工产品，对减少温室气体的过量排放以及资源的高效利用有重要意义。针对当前CO2催化转化中存在的催化剂不稳定、催化效率低和选择性差等问题，本项目拟以MOF为模板构建非贵金属基多级孔纳米催化剂，催化CO2的羧酸化和胺类烷基化反应。具体地：(1) 选择金属单元、有机配体等，组装负载具有催化活性金属的MOF前驱体，通过热转化，构建具有3D中空多级孔结构的纳米催化剂；(2) 探讨金属催化活性中心与载体之间的协同作用机制以及3D中空多级孔结构等对催化剂的稳定性、催化效率、选择性及传质过程等的影响规律；(3)获取反应过程的热力学及动力学数据，建立CO2与不同底物在多级孔限域环境下的反应动力学模型。通过本项目的研究，为构建以MOF为模板的多级孔催化剂和揭示多级孔限域反应机理提供理论支持，为CO2资源高效利用提供基础数据及指导。

将CO2作为碳一资源转化为高附加值的化工产品，对减少温室气体的过量排放以及资源的高效利用有重要意义。针对当前CO2催化转化中存在的催化剂不稳定、催化效率低和选择性差等问题，本项目以MOF为模板构建了系列非贵金属基多级孔纳米催化剂，实现了对CO2的催化转化应用。本项目的主要内容及取得的主要研究结果有：.(1) 通过选择金属单元、有机配体等，组装负载具有催化活性金属的MOF前驱体，通过热转化，构建系列具有中空多级孔结构的纳米催化剂；.(2) 作为高性能催化剂，实现了CO2热催化、光催化、电催化等多模式催化转化，对CO2资源化利用，将CO2转化为高附加值的化工产品。如以Sn、Sb双位点催化平台，其在水系电解质体系中获得了96.5%的甲酸选择性。.(3) 探讨了金属催化活性中心与载体之间的协同作用机制以及3D中空多级孔结构等对催化剂的稳定性、催化效率、选择性及传质过程等的影响规律；.(4) 获取了反应过程的热力学及动力学数据，建立CO2与不同底物在多级孔限域环境下的反应动力学模型。.本项目所取得的成果为构建以MOF为模板的多级孔催化剂和揭示多级孔限域反应机理提供理论支持，为实现“碳达峰碳中和”目标，推进“双碳”工作及资源高效利用的工业化设计提供基础数据及指导。