介孔对金属硫化物纳米颗粒的限域效应及加氢脱硫性能的影响

载体的合理选用是负载型加氢脱硫催化剂研究开发的关键。调控载体的表面性质（比表面积、孔容、孔径），研究活性组分在不同载体孔道中的形貌、结构、尺寸和空间分布及其与催化性能的关联规律，是提升催化剂性能的科学基础。申请者以其在介孔材料合成方面积累的经验及所掌握的先进三维结构解析手段，拟制备具有不同孔道结构、孔径大小以及表面功能化的硅基介孔材料作为载体，考察孔径和结构对催化剂活性组分颗粒的限域效应，并利用先进的电子断层扫描三维全析技术对催化剂进行三维解析，发展介孔孔道中金属活性粒子的研究方法，确定活性组分颗粒是否有效地进入载体孔道，并深入探测活性组分颗粒在载体中的形貌、尺寸、空间分布和负载量等，阐明孔道大小、结构及其表面性质对活性金属粒子形貌、结构等的作用规律，确定介孔孔道对活性组分颗粒的限域效应及其对加氢脱硫性能的影响，为介孔材料的合成、制备及催化应用奠定基础。

随着各国环保法规的升级，油品质量提高的任务迫在眉睫。加氢脱硫(HDS)是生产清洁油品最重要的技术，开发高活性催化剂是实现深度HDS最经济有效的方法。本项目从催化剂载体设计和制备及负载方法等方面深入研究了载体孔道尺寸与空间结构对活性相的限域效应以及对加氢脱硫性能的影响。按照原定项目实施计划，圆满完成各项研究任务，具体为：(1)设计和制备了一系列具有不同形貌、结构和孔径尺寸的介孔材料，特别是利用先进的三维电子断层扫描技术剖析了材料内部的真实结构，对于理解介孔材料的形成机制以及合理设计和可控合成新型的介孔材料具有至关重要的意义，同时为进一步研究载体结构对活性相的限域效应以及构效关系奠定了基础，相关工作发表在JCR二区杂志Langmuir (2012, 28, 16382-16392，影响因子4.4)以及Material letters (2013, 109, 199–202，影响因子2.3)，本人均为第一作者；(2) 开发了一种新颖且具有实际应用价值的Mo基催化剂活性前体，利用此活性前体制备催化剂有利于调节载体与活性组分间的相互作用，得到活性组分高度分散、活性相尺度可控、MoS2片晶良好堆垛的催化剂，此催化剂作为Ni的优异的“第二载体”，可促进更多II型Ni-Mo-S活性位形成，大幅提高了助剂效应，对于模型化合物的脱硫率达到99.8%，对催化剂进行360 h长周期稳定性测试，结果表明，其对焦化柴油的脱硫率始终维持在99.4%左右，表现出良好的稳定性，脱硫后硫含量可达10ppm以下，满足国V硫含量排放标准。此工作为实现负载型催化剂在纳微尺度上的调控提供了一种新方法，也为催化剂的理性设计和制备提供了一种新的途径，相关工作发表在JCR一区杂志Journal of Materials Chemistry (2012, 22, 12121–12127；2012, 22, 25340–25353，影响因子6.1)，第一作者为协助指导的博士生，本人为第二作者兼通讯联系人；(3) 深入研究了介孔孔道对活性组分的限域效应，选择了不同的二维及三维空间结构的介孔材料并调变其孔径等结构参数，探测活性相颗粒在载体中的形貌、尺寸和分布等，阐明载体的不同内部结构与孔径尺寸对活性相的影响以及对分子扩散和吸附的影响，研究了载体的结构特性、催化剂活性相形貌和尺寸与催化性能三者之间的关联规律，用以可控制备结构