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理学院在生物质转化领域的研究取得新突破发表时间:2020-08-14    作者:

理学院能源与环境催化科研团队在可再生生物质资源的化学转化和能源化利用领域的研究取得新突破,相关成果发表在国际著名期刊ACS Catalysis(中科院1区,IF=12.35,论文的第一作者为我校2017级硕士研究生张龙康,指导教师王春教授,河北农业大学为第一署名单位。 

生物质是储存太阳能能量的载体,是自然界存在最广泛、储量最大的可循环再生的有机碳资源。对于生物质资源的化学转化和能源化利用能够有效缓解人类生活对于化石能源的依赖。木质素类生物质经快速热解可直接得到生物油。生物油加氢精制可以有效的降低氧含量,提高生物油热值和燃烧稳定性,进而提高油的品质。最有效的生物油脱氧方法是催化加氢脱氧,开发高效的催化加氢脱氧催化剂是实现生物油高效脱氧的关键。

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1催化剂Co1@NC-(SBA)的制备示意图

单原子催化剂(SACs)作为催化领域的新星,由于其最大原子利用率,确切的原子结构和优异的催化性能的优点受到广泛关注。硬模板法是制备SACs的一种有效方法,由硬模板制备的单原子催化剂具有更高的金属负载量、丰富的孔道结构等优点。

理学院能源与环境催化科研团队,以钴配合物为前驱体,以三种不同孔道结构的SiO2MCM-41SBA-15FDU-12)为硬模板,制备了负载在氮掺杂碳上的系列单原子钴催化剂,研究了模板的孔道结构对Co分散性的影响。球差电镜和同步辐射分析证明,SBA-15为模板制备的催化剂Co1@NC-(SBA)Co1@NC-(SBA)Co以单原子形式存在。

Co1@NC-(SBA)可高效催化木质素衍生生物油模型物质香草醛、邻香草醛、丁香醛、乙酰香草醛、异丁香酚等的加氢脱氧反应以及肉桂醛、系列硝基化合物的氢化反应。

通过密度泛函理论计算对催化剂的催化机理进行了深入探讨。计算了反应中主要物种(H2, H*, vanillin, HMP, DMP and MMP)在可能活性位点Co-N5, Co-N4O, CoN4 and Co 纳米上的吸附能。结果表明,HMP更容易在CoNx位点吸附、活化。Bader电荷分析结果表明,香草醛更易于被吸附在Co-N4OCo-N5位点,同时H*易于从这些位点脱附

该工作也得到了国内知名化学资讯新媒体平台X-MOL的详细报道: https://mp.weixin.qq.com/s/htdZDdYVAg5zpLkdUaLHDA

王春教授主要致力于绿色合成、生物质转化、污染物分析等方面的研究。近年来主持国家自然科学基金面上项目1项,河北省自然科学基金等省级科研项目5项。迄今以第一作者和通讯作者发表学术论文160余篇,其中SCI收录140余篇。发表的论文SCI他人引用6000余次,H-index指数为42

原文链接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.0c00239