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她,浙工大美女教授,聯合北大「國家杰青/長江特聘」、浙大「國家高層次人才」、西湖大學「國家級人才」,新發JACS!

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研究背景
硼基催化劑在丙烷氧化脫氫(ODHP)反應中表現出優異的烯烴選擇性。

由于亞表面Ni助劑的引入顯著提高了活性,該基底材料應是調控硼基催化劑性能的潛在平臺。

基于此,2024年11月21日,浙江工業大學林麗利教授、浙江大學姚思宇博士、北京大學馬丁教授和西湖大學王濤博士團隊在國際期刊Journal of the American Chemical Society發表題為《Performance Descriptor of Subsurface Metal-Promoted Boron Catalysts for Low-Temperature Propane Oxidative Dehydrogenation to Propylene》的研究論文。團隊成員高曉峰、蔡城、田樞衡為論文共同第一作者
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林麗利,浙江工業大學化學與工程學院教授。2019年至今擔任浙江工業大學化學工程學院教授。研究方向為醇氫綠色能源催化,光催化生物質轉化,CO2加氫。主要從事低溫高效CO2加氫、重整制氫、原位取氫-高選擇性加氫制備高值化學品的多相催化劑設計、催化機理和構效關系研究,發表論文50余篇,總引用超6000余次,以第一或(共同)通訊作者身份在Nature、Nature Nanotechnology、Nature Chemical Engineering、Nature Communications、 Journal of the American Chemical Society等期刊發表論文20余篇,國際(美國、日本)/國內授權發明專利7項。

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姚思宇,百人計劃研究員 | 博士生導師, 獲2019年國家高層次人才計劃青年項目,浙江省自然科學基金杰出青年基金資助。研究圍繞化學工程中能源和環境催化問題,著力于探索小分子活化轉化至高附加值化學品的相關多相催化過程。近五年發表SCI論文80余篇,第一/通訊作者發表論文30余篇包括Science、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、 J. Am. Chem. Soc.、ACS Catal等。

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馬丁北京大學教授,長江學者特聘教授,萬人計劃創新領軍人才,國家杰青。1996年本科畢業于四川大學,2001年在中國科學院大連化學物理研究所取得博士學位。2001-2005年在牛津大學/Bristol大學從事博士后研究,2005年加入中科院大連化學物理研究所,2009年至今擔任北京大學化學與分子工程學院研究員/教授。

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王濤,2015年博士畢業于德國萊布尼茨催化所,師從焦海軍教授和德國科學院院士Matthias Beller教授。2020年10月加入西湖大學理學院、人工光合作用與太陽能燃料中心,組建理論催化與材料智能設計實驗室,任特聘研究員(獨立PI /?博士生導師)。入選國家級、省級和市級人才計劃。在國際知名學術期刊發表論文80余篇,其中第一和通訊作者論文60余篇,包括Nat. Catal.,?PNAS,?J. Am. Chem. Soc.,?Nat. Commun.,?JACS Au,?Nat. Comput. Sci.,?ACS Catal.等。現主持國家自然科學基金面上項目,作為課題骨干參與科技部重點研發計劃。

果簡介

在本研究中,研究人員通過評估不同的金屬助劑,揭示了基底效應,并確定了一個性能描述符,以理解BOx/金屬/BN ODHP催化劑中亞表面材料的作用。
性能評價和瞬態紅外光譜實驗表明,金屬改性BOx頂層上O-H鍵的解離/再生的內在活性和動力學行為依賴于金屬基底。
結合密度泛函理論(DFT)計算,發現BOx(OH)???活性物種中O-H鍵的解離/再生傾向受H對硼氧化物物種親和力的控制。
金屬-O結合能已被證明與H親和力呈線性相關,可以作為低溫自由基初始化和ODHP反應的簡單性能描述符,揭示該反應受Sabatier原理控制,適度的金屬-O結合能對于實現BOx/M/BN催化劑的卓越性能至關重要。
根據潛在描述符的指導,研究了Ni-Rh合金基材,發現Ni/Rh摩爾比為15: 1的基底顯著提高了低溫下的內在活性。
圖文解讀

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圖1:平臺BOx/M/BN催化劑的合成與表征
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圖2:BOx/M/BN催化劑在丙烷氧化脫氫反應中的催化性能

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圖3:BOx/M/BN催化劑上ODHP反應自由基初始化微觀步驟的原位漂移研究
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圖4:解讀亞表面金屬納米粒子在LT-ODHP反應中的促進作用

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圖4:基于金屬-氧結合能描述的丙烷低溫氧化脫氫催化劑的開發

總之,通過研究發現,金屬-O結合能與H親和力呈線性相關,可以作為低溫自由基初始化和丙烷氧化脫氫(ODHP)反應的簡單性能描述符。

這揭示了該反應受Sabatier原理控制,適度的金屬-O結合能對于實現BOx/M/BN催化劑的卓越性能至關重要。

文獻信息
Performance Descriptor of Subsurface Metal-Promoted Boron Catalysts for Low-Temperature Propane Oxidative Dehydrogenation to Propylene,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

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