主持国家级、上海市以及企业委托项目 10 项,总经费: 289 万元
1. 国家自然科学基金青年基金(22408097),“数据驱动的乙炔选择性加氢Ni基中熵合金催化剂设计与动力学调控”,2024-2027,30万,主持;
2. 国家重点研发计划子课题(2024YFA1509803),“碳酸盐自催化加氢先进供热与反应器开发”,2025-2029,51万,主持;
3. 国家资助博士后研究人员计划B档资助(GZB20240222),“乙炔选择性加氢Ni-Fe-Cu-M中熵合金催化剂设计与动力学调控”,2024-2025,36万,主持;
4. 中国博士后科学基金第18批特别资助(2025T180311),“二氧化碳加氢制甲醇Cu基高熵合金催化剂设计与动力学调控”,2025-2026,18万,主持;
5. 中国博士后科学基金面上资助(2024M760912),“丙炔选择性加氢Ni基中熵合金催化剂设计与动力学调控”,2024-2025,8万,主持;
6. 上海市“超级博士后”激励计划(2023238),“丙炔选择性加氢Ni-M双活性位点结构调控与反应动力学”,2023-2025,30万,主持;
7. 上海市“科技创新行动计划”自然科学基金(24ZR1415300),“二氧化碳加氢制甲醇Cu基中熵合金催化剂设计与动力学调控”,2024-2027,20万,主持;
8. 上海市“晨光计划”项目,“主动学习驱动的乙炔选择性加氢催化剂设计与动力学调控”,2025-2026,6万,主持。
9. 上海华谊三爱富新材料有限公司横向课题,“全氟环氧己烷(HFPDO)合成工艺与反应器开发”,2024-2025,40万,主持。
10. 中国石油天然气集团有限公司横向课题,“以分子炼油为导向的油品质量提升过程耦合优化系统”,2025-2027,50万,主持。
申请人自攻读博士学位以来,以面向反应需求的催化活性位点设计及调控为研究方向,针对不饱和烃、不饱和醛、酯类和硝基类化合物的选择性加氢体系催化剂的活性位辨识、选择性调控、构-效关系等方面进行了系统深入的研究,以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc.(3篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(4篇)、Nat. Commun.、Engineering、Adv. Energy Mater.、AIChE J.等期刊上发表论文26篇,申请中国发明专利15件,其中授权8件,积累了丰富的相关研究经验。
具体的研究成果主要包括:
在构型匹配机制和复杂催化加氢体系活性位点设计方面,申请人针对Pd/Ni催化乙炔选择性加氢,利用载体调控和反应气氛诱导的合成策略有效优化了Pd/Ni催化剂活性位点的几何结构和次表面局域环境,调控了关键物种乙烯的吸附构型,显著提升了乙烯选择性【Engineering 2021, 7, 103; J. Mater. Chem. A 2022, 10, 19722】;通过精准构筑具有不同相邻Pd位点间距离的Pd-In金属间化合物催化剂,辨识了Pd催化主副产物生成的结构描述符,发现延长相邻Pd位点间距离有利于促进乙烯脱附并导致C2H3*偶联的过渡态失稳,有效抑制了深度加氢和耦合等副反应【Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 134, e202215225】;精准设计了富电子Sb孤立缺电子Ni的Ni1Sb2三位点活性位结构,兼顾了反应物炔烃(乙炔和丙炔)的σ-构型吸附和目标产物烯烃(乙烯和丙烯)的π-构型吸附,实现了加氢反应路径的定向调控【Nat. Commun. 2022, 13, 5534; AIChE J. 2024, 70, e18416】;利用基于贝叶斯优化的主动学习框架与DFT计算相结合的研究方法,建立了数据驱动的乙炔加氢Ni基金属间化合物催化剂的高通量筛选流程,从3000多个候选Ni基金属间化合物中快速筛选出15个高乙烯选择性的Ni基金属间化合物作为候选催化剂,进一步通过实验合成、催化反应性能评价和DFT计算等机理研究,验证了最优候选催化剂NiIn的乙炔加氢性能明显高于参比催化剂,据此发展了主动学习驱动的高选择性乙炔加氢Ni基金属间化合物催化剂设计新策略【J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 4993; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 30178; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202517103】。
在理论计算和反应动力学研究方面,申请人熟练掌握DFT计算等量子化学研究手段,并与相关合作者针对混合塑料解聚、聚乙烯芳构化、CO2电还原和醛类化合物加氢等复杂非均相催化体系进行反应机理的解析,为催化剂的理性设计提供指导【J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 22836; J. Mater. Chem. A 2023, 11, 14933; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101424; AIChE J. 2024, DOI: 10.1002/aic.18423; Chem. Eng. J. 2023, 455, 140536】。此外,申请人结合动力学研究和模型计算的方法,辨识出Pd催化2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶(DADNP)选择性加氢体系中DADNP转化的主导活性位是(111)面,而小尺寸Pd纳米颗粒的催化性能主要由其电子结构决定【Ind. Eng. Chem. Res. 2022, 61, 6427; ACS Catal. 2025, 15(14): 12365】;Pd催化丙炔选择性加氢反应中丙炔转化和丙烯组分生成的主导活性位为(111)面,丙烷生成的主导活性位为(100)面【AIChE J. 2023, 69, e17922】。
选择性加氢反应是多相催化领域的重要基础反应,在精细化工、医药中间体及高分子材料合成中具有广泛应用。以硝基化合物加氢制备相应胺类为例,其多步还原过程复杂,易生成亚硝基、羟胺及偶氮等副产物,导致目标产物选择性降低。贵金属催化剂虽具有优异活性,但存在金属利用率低、副反应难抑制等问题。单原子催化剂(SACs)可实现最大化金属利用,但其孤立活性中心缺乏氢分子高效活化能力及金属协同效应,限制了其在多步加氢反应中的性能。相比之下,高密度双原子催化剂(DACs)兼具单原子分散与金属团簇协同特性,能够在电子与几何结构上实现耦合调控,显著提升反应物吸附、氢活化及中间体转化效率,从而在硝基化合物选择性加氢中展现出优异的活性与选择性。因此,构筑结构可控、电子态可调的高密度双原子活性位点,并揭示其在硝基化合物加氢反应中的结构-性能关系,对于发展高效、低成本的贵金属催化体系具有重要的科学意义与应用价值。
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