近日，航空動(dòng)力研究所齊飛教授與苑文浩副教授在碳?xì)淙剂洗呋D(zhuǎn)化微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方面取得新進(jìn)展，揭示了丙烷催化部分氧化氣—固耦合微觀反應(yīng)機(jī)制，相關(guān)成果以“Product Probing and Microkinetic Modeling of Propane Partial Oxidation over Ni/SiO2 Catalyst”為題，發(fā)表在國際期刊ACS Catalysis上。博士生郭繼君為論文第一作者，齊飛教授與苑文浩副教授為共同通訊作者。
作為未來重要能源載體，氫氣的高效制備技術(shù)備受關(guān)注。合成氣作為多種高值化學(xué)品合成的重要原料氣體，其制備技術(shù)同樣具有重要意義。小分子烷烴的催化部分氧化反應(yīng)是當(dāng)前制備氫氣或合成氣的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。其中，鎳基催化劑憑借其成本低廉以及可媲美貴金屬的催化活性，在工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力。然而，已有的動(dòng)力學(xué)研究主要集中在貴金屬催化劑及其宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)研究則多聚焦于表面官能團(tuán)與催化性能之間的關(guān)聯(lián)，對于關(guān)鍵中間體的識別和微觀催化反應(yīng)機(jī)制的理解仍不夠深入。此外，當(dāng)前多數(shù)動(dòng)力學(xué)模型主要考慮表面反應(yīng)過程，往往忽視了氣相反應(yīng)在反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的潛在作用。
研究首次對丙烷催化部分氧化反應(yīng)中關(guān)鍵產(chǎn)物以及包括乙基和烯丙基自由基在內(nèi)的活性中間體進(jìn)行了定性識別與定量測量，實(shí)現(xiàn)了對氣相和表面催化反應(yīng)歷程的全面認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了丙烷催化部分氧化詳細(xì)表面基元反應(yīng)機(jī)理，并與經(jīng)驗(yàn)證的氣相反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行耦合，形成完整的氣—固反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，研究提出了高效的氣—固反應(yīng)機(jī)理熱力學(xué)一致性驗(yàn)證方法，通過矩陣化評估熱力學(xué)參數(shù)，驗(yàn)證了模型的熱力學(xué)一致性，確保了模型的物理合理性與可解釋性。借助微觀反應(yīng)路徑敏感性分析和宏觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析，精準(zhǔn)識別了催化丙烷部分氧化過程中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟與中間體種類，明確了重要中間體的形成路徑及其演化機(jī)制，為深入理解該復(fù)雜反應(yīng)體系提供了重要依據(jù)。研究成果為碳?xì)淙剂洗呋紵⒅卣茪涞墓I(yè)反應(yīng)過程優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)模型和新的思路。
齊飛教授、苑文浩副教授團(tuán)隊(duì)近年來在微觀催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域持續(xù)取得進(jìn)展，發(fā)展了異相微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建與模擬、分析新方法。相關(guān)工作相繼發(fā)表于ACS Catalysis、Catalysis Science & Technology、The Journal of Physical Chemistry等期刊。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.4c06267
上海交大
機(jī)械動(dòng)力學(xué)院
上海交大
機(jī)動(dòng)本科教務(wù)辦
SJTU機(jī)動(dòng)研教辦
上海交大
機(jī)動(dòng)校友辦
上海交大MEM
SJTUME基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)踐
SJTUME錘錘
上海交大
機(jī)動(dòng)研究生會
ME微紅旗
ME礪遠(yuǎn)學(xué)術(shù)
SJTUME職業(yè)發(fā)展中心
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn