发布时间:2021-09-13 15:07 原文链接: 此类新型材料在催化领域中的应用

  近日,大连化学物理研究所电镜技术研究组(DNL2002)刘岳峰副研究员与法国斯特拉斯堡大学Cuong Pham-Huu主任研究员、意大利科学院ICCOM研究所Giuliano Giambastiani主任研究员、常州大学郭向云教授等团队合作发表综述文章,系统总结了多孔碳化硅材料在多相催化领域中的研究现状和应用前景。

  碳化硅(SiC)是一种常见的工业陶瓷材料和微电子材料,由于其具备较高的机械强度和化学稳定性,同时也具备优异的导电、导热性能,因此近些年来被作为催化剂载体而在催化领域引起了广泛的关注。

   在控制催化剂活性相的化学物理和形态特性的努力与在异质催化剂升级中寻找作为功能载体的新材料之间存在着明显的差距。经济限制和准备异质催化剂的常见习惯已经将活性相载体的选择范围缩小到少数材料:氧化物陶瓷(例如Al2O3, SiO2, TiO2和氧化铝 -沸石) 和碳。然而,这些载体偶尔会面临化学物理限制,限制其在催化中的应用。例如,氧化物很容易被酸或碱腐蚀,碳对氧化没有抵抗力。因此,这些载体不能回收利用。此外,金属氧化物载体的低导热性往往转化为催化剂活性位点(即金属活相烧结)的永久性改变,从而损害催化剂的性能及其运行寿命。因此,开发设计和合成先进功能催化材料和工艺的新载体是未来异质催化的当务之急。碳化硅 (SiC) 是一种非氧化半导体,具有独特的化学物理特性,在催化的多个分支中具有极高的吸引力。因此,在过去十年中,专门研究基于SiC的催化剂设计的报告大量增加,同时,多孔SiC材料组合稳步增长,涵盖各种控制良好的孔隙结构和表面特性。本文全面概述了宏/中波硅材料在催化中的合成和使用,强调了其设计高效、经济高效、易于放大异质催化剂的独特特点,概述了它们在其他更经典的氧化物支持失败时的成功之处。SiC 在催化中的所有应用都将从给定的化学反应的角度进行审查,强调 SiC 在活动性、选择性和过程可持续性方面因使用 SiC 而出现的所有改进。人们认为,基于 SiC 的催化剂生产商和最终用户的丰富观点,以及他们对 SiC 在催化中的应用进行全面概述的批判性陈述,将有助于读者对 SiC 在异质催化的未来中的核心作用形成自己的见解。

  该综述总结了碳化硅材料从低表面积发展成为多孔、高比表面积催化剂载体材料的历史,系统地介绍了多孔碳化硅材料在一些重要的能源催化与环境治理应用中的进展,特别是利用碳化硅材料优异的导热性和化学稳定性,在催化氧化(例如催化燃烧、催化氧化脱硫脱硝等)、催化还原(例如费托合成、甲烷化等),以及在光催化领域中的研究进展,展望了碳化硅材料作为催化剂载体甚至作为催化剂的未来研究机遇与挑战。

  刘岳峰团队长期致力于碳纳米/碳化物催化剂的设计及在CO/CO2能源小分子中的加氢活化应用和微观结构动态变化的研究:成功开发了整体式、富含缺陷的纳米碳、金属-碳(碳化物)复合催化材料,实现碳基能源分子及H2S等小分子的高效转化(ACS Catal.,2016;Nature Commun.,2016;Appl. Catal. B,2017;ACS Catal.,2021);并结合球差电镜(STEM)等具有原子尺度分析能力的表征技术,解析负载型金属催化剂(特别是碳纳米/碳化物为载体)的微观结构及在工况条件下的动态结构变化(Angew Chem. Int. Ed.,2020,ACS Catal.,2020;ACS Catal.,2021)。

  该综述以“Porous Silicon Carbide (SiC): A Chance for Improving Catalysts or Just Another Active-Phase Carrier?”为题,于近日发表在Chemical Reviews上,并被选为该期的封面论文。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省“兴辽英才计划”、中科院青年创新促进会、中科院PIFI访问学者计划等项目的支持。

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