Small Structures:微波定点组装在催化剂结构和表面调控中的优化

多相催化反应往往涉及到反应物扩散、吸附、活化、转化、脱附五个基本过程,催化剂的结构和表面化学性质是核心。复合纳米催化材料的结构和表界面性质可以通过组成调变、结构裁剪、表界面修饰等调控和优化。作为一种新型的材料合成方法,微波法具有快速、可控、高效、低能耗等优点,在催化材料的合成和改性方面发挥独特作用。然而,目前对于微波场如何优化材料结构和表界面以及催化材料在微波作用下的构效关系机制研究还比较缺乏,深入总结和剖析有利于该方法的功能提升,促进推广应用。

近日,上海师范大学张蝶青教授、李和兴教授团队对微波法催化材料界面结构和表界面改性最新进展进行系统总结和评述,提出了微波定点组装这一概念。作为一种创新的纳米材料合成和改性方法,微波定点组装在制备和改性催化剂方面表现出诸多优势,如快速高效、低能耗、材料定向生长和精确掺杂,主要归因于微波照射下,强吸波材料的超热特性,可快速将微波能量转化成热量在材料表界面形成超热点,促进该位点晶体的快速成核结晶,并且这种超热作用加强了复合材料的界面耦合效果,进一步促进催化性能的提升。基于这种超热作用,团队实施了多种不同类型的微波定位组装机制,应用于催化材料合成过程中组成、结构、表面化学状态、界面结合的有效设计、精准调控和高效优化。综述也系统性地总结了微波合成和改性催化剂性能的研究进展,阐述了不同类型催化材料在催化反应中效率的提升以及构效关系。最后对未来发展进行了探究,指出微波定位自组装制备催化剂目前仍具有局限性,大规模工业化仍需要解决精确的温度控制、微波的吸收效果以及作用机理等。基于此,提出构建更加科学的微波辅助催化剂合成体系,提高组装精度、均一度,推广工业化应用。

作者介绍:

李和兴教授获国家杰出青年基金。任Appl. Catal. B副主编、教育部化学化工学部委员、上海市稀土学会理事长、中国光催化专委会副主任、上海市电力科协主席、上海市前沿研究基地主任、上海市创新团队负责人、上海工程技术研究中心专家委员会主任。开展光催化环境污染治理和清洁能源生产研究,承担国家自然科学重点项目和国际合作重大项目以及国家重大研发计划课题,入选Elsevier中国化工领域高被引用作者;分别获教育部和上海市自然科学一等奖;被评为上海市领军人才。

张蝶青,上海师范大学化学与材料科学学院教授。现任上海师范大学教授,物理化学、工业催化专业博士生导师。主持多项国家自然科学基金项目,国家优秀青年科学基金获得者。曾入选上海市青年拔尖人才、曙光学者、青年科技启明星、浦江人才计划等。主要从事污染控制化学等研究。面向“美丽中国”国家战略需求,在光化学大气污染控制等基础研究领取取得突出成绩。在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol., Adv. Energy Mater., Nano Lett.等学术刊物上发表高水平论文80余篇。

上海理工大学肖舒宁特聘教授,主持国家自然科学基金青年项目,上海市科技支撑碳中和碳达峰专项项目,获上海市海外高层次人才计划,上海市青年科技英才扬帆计划。长期从事微波制备多级结构低维度复合纳米材料及在能源、环境、催化领域的应用。

论文信息:

Microwave-positioning assembly: Structure and surface optimizations for catalysts

Shuning Xiao, Mengjia Huo, Yuchuan Guan, Haiyan Cao, Qian Huang, Linglong Chen, Shuangjun Li, Guisheng Li, Dieqing Zhang*, Hexing Li*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100169

原文链接:https://doi.org/10.1002/sstr.202100169