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抗流失、抗酸蝕高活性貴金屬負載型催化劑開發
貴金屬負載型催化劑在有機催化反應被廣泛應用。目前，常見的貴金屬負載型催化劑主要是將貴金屬（Pd、Pt、Ru等）納米顆粒負載于活性炭、樹脂、介孔硅、介孔碳、MOFs等載體材料表面，進而被應用于催化加氫、偶聯、氧化、N-烷基化等反應。在實際的化工催化應用、催化基礎研究中，這類負載型催化劑都具有較好的回收及重復使用性能。然而，由于貴金屬主要以納米顆粒的形式負載于上述載體的外表面；在催化反應過程中，活性位點納米顆粒非常容易從催化劑載體表面流失，從而使得催化劑在重復使用過程中活性逐漸下降；更重要的是，造成了貴金屬資源的極大浪費。
成果亮點
本項目開發了一種可將貴金屬催化活性組分納米顆粒高分散負載于介孔中空載體空腔內部的方法，從而有效地阻止貴金屬納米顆粒在催化反應過程中的流失，催化劑經過多次循環使用仍能保持較高催化活性。此外該類催化劑有較強的抗酸腐蝕性能，在酸性體系下使用，仍可長時間多次套用。
蘭州大學
2021-01-12
一種多通道Co/CM催化膜減小Co粒徑的方法
本發明屬于膜催化技術領域，涉及一種多通道Co/CM催化膜減小Co粒徑的方法。Co/CM催化膜表面涂覆聚多巴胺涂層后烘干、煅燒。本發明所提出的減小Co/CM催化膜中Co粒徑的方法，能夠有效減小Co的粒徑，使得催化膜中的活性組分Co進行再分散，催化膜在對硝基苯酚催化加氫反應中活性明顯提高。
南京工業大學
2021-01-12
一種新型傅克烷基化固體酸催化劑
Friedel-Crafts反應是有機合成中經典的對芳環上進行衍生的反應，包括烷基化和酰基化反應。通常，Friedel-Crafts烷基化反應所用溶劑為石油醚、苯、氯苯等有機溶劑，在Lewis酸或Brønsted酸的催化下進行反應。目前工業上仍普遍使用AlC13等傳統均相催化劑。但傳統的烷基化反應，無論從催化劑還是到終產物都會產生酸性氣體HCl，不僅使得反應的原子經濟性低，而且嚴重腐蝕設備、污染環境，催化劑也會大量消耗、難以回收，從根源上使烷基化反應綠色化的工藝開發具有重要的理論和現實意義。
本成果采用固體酸綠色催化工藝，實現多種芳香化合物的傅克烷基化與酰基化反應，催化劑為改性粘土類固體酸催化劑，催化效率高、重復性良好且成本低廉。
傳統AlC13等傳統均相催化劑，催化劑或產物中會有強腐蝕性HCl的生成，對環境污染嚴重，不符合綠色化學的要求，對生產設備造成腐蝕。本成果以固體酸催化能夠實現多種傅克烷基化及酰基化反應，產率高，催化劑易于回收且重復使用性良好。一烷基化產物收率達95%，可提供釜式反應與固定床連續反應兩種工藝參數。
南京工業大學
2021-01-12
高效生物催化合成煙酸關鍵技術研發及產業化
煙酸又稱維生素 PP 或維生素 B3，是人體必需的 13 種維生素之一，作為藥物中間體及飼料或食品添加劑具有廣闊的國內外市場，全球煙酸市場在 8 萬噸以上，目前主要采用化學法生產。
本項目打通了生物轉化 3-氰基吡啶制備煙酸的工藝路線，建成了國際上首條煙酸生物法生產線，技術水平達到國際領先。項目獲得了自主知識產權菌種、建立了腈水解酶的高效表達和系統改造技術、構建了固定化和高濃度轉化體系；腈水解酶發酵酶活及煙酸轉化產量均為目前國際報道的最高水平。已建成年產2000 噸煙酸生物法生產線，相比傳統化學合成工藝節約能耗 30%以上，降低污染物排放 70%以上。在 Catal Sci Tech，ChemCatChem，Crit Rev Biotechnol 等國內外期刊發表論文 20 余篇，1 篇入選BioMed 數據庫 Highly accessed 論文；213受邀合編英文專著 1 部；申報國家發明專利 15 項，其中已授權 9項。
江南大學
2021-04-13
基于天然纖維素制備高效率氧氣還原催化劑
氧氣還原反應是燃料電池中最常見的陰極反應，即氧氣通過四電子過程結合電子和質子轉化為水。
氧氣還原催化劑是燃料電池陰極至關重要的組成部分，其性能的好壞直接決定于最終電池的性能。鉑（Pt）是最常用的一種高效的氧氣還原反應催化劑。然而，由于Pt的價格非常昂貴，給電池帶來非常高的成本。而近年來，開發的基于雜元素摻雜的碳納米材料，盡管成本比Pt低，但是其制備過程相對較復雜，難以實現規模化生產。
而對于電池的發展，低成本和高性能是永恒追求的目標。本成果提供了一種超低成本、高效率氧氣還原催化劑的制備方法。該方法以天然纖維素為原材料，具有成本低、制備簡單等優點，所制備的氧氣還原催化劑在0.1M KOH中的氧氣還原催化電流高于常用的20wt% Pt/C催化劑。
江西師范大學
2021-05-05
高活性固體酸催化高酸值油脂制備生物柴油的綠色合成工藝
成果描述：生物柴油是一種極具應用前景的生物質潔凈能源，世界各國都極其重視其發展，并在政策和稅收等方面給予了極大的扶持。由于需以精制后的動植物油為原料，其生產成本過高而導致生物柴油的推廣應用受阻。若以煎炸費油、地溝油等為原料制備生物柴油，則可以大大降低生產成本。但由于煎炸廢油、地溝油等原料的酸值很高，必須經過硫酸催化預酯化降低酸值后，才能采用傳統的堿催化酯交換方法制備生物柴油。這個工藝同時存在著硫酸對反應器的腐蝕、大量含酸廢水排放污染水環境、催化劑與產物分離困難、催化劑不可重復使用等弊端。采用非均相固體酸催化劑則可以克服這些問題，并且是一種綠色環保的工藝。 采用酸改性的固體酸催化劑，對高酸值棕櫚油酯化反應制備生物柴油表現出很好的催化活性。固體酸在醇油比9:1、催化劑用量7 wt%、65 oC條件下，催化棕櫚油的甲酯化反應時間2 h，產物的甲酯含量和甲酯收率分別可達96.3%和93.2%。制備了有添加劑的SZMN型固體酸，對脂肪酸的酯化反應表現出高活性和高穩定性。在65 °C、醇酸比9/1、催化劑用量10 wt.%、反應時間4h，油酸轉化率可達98.5%。最優反應條件下，SZMN固體酸在重復使用6次后認可保持約96%的油酸轉化率。市場前景分析：該項技術可應用于生物柴油生產企業，尤其適用于從低成本高酸值油脂原料（如煎炸廢油、地溝油、棕櫚油等）生產生物柴油。使用該項技術，可以降低用于處理含酸、堿廢水的成本，使生產過程更容易達到環評要求。與同類成果相比的優勢分析：催化劑活性評價： 65 °C、醇酸比9:1、催化劑用量7~10 wt.%、反應時間2~4h，脂肪酸轉化率 > 90 %。 催化劑穩定性評價： 65 °C、醇酸比9:1、催化劑用量7~10 wt.%、反應時間2~4h，重復使用6次，仍可保持 > 90 %的脂肪酸轉化率。 生物柴油產品評價： 產品酸值 < 1 mgKOH/g。
四川大學
2021-04-10
無金屬催化劑的單室微生物燃料電池
本發明涉及一種燃料電池,旨在提供一種無金屬催化劑的單室微生物燃料電池。該電池包括電池殼體、陰極、陽極,其電解液為充裝于電池殼體內的含有有機物的水,所述陽極為由鈦絲和活性炭纖維纏繞制成的鈦芯碳纖維刷;所述陰極為兩面分別涂覆了擴散層和催化層的碳布或不銹鋼網,擴散層與空氣接觸,催化層與電解液接觸。本發明的陰極由多層擴散層和催化層構成,降低水的蒸發流失,提高了電極的穩定性。陰極一側直接面對空氣,氧氣直接擴散到達陰極催化表面,無需外加供氣裝置和動力,大大降低了運行成本和穩定性。陰極催化材料是來源廣泛、價格低廉的活性炭,不含任何金屬催化劑,大大降低構造成本。具有結構簡單、成本低、易于擴大化的特點。
浙江大學
2021-04-11
模擬酶催化增強的納米金暗場免疫組化新方法
納米金由于具有獨特的光學性質和表面生物分子偶聯能力以及新發現的模擬酶功能，而在生物醫學檢測中有重要的應用價值。將特異性抗體偶聯在金納米顆粒上構建納米探針，可以特異地標記腫瘤細胞，一方面可以利用其模擬酶特性進行顯色和顯微鏡讀片，用來有效替代傳統的天然酶標記顯色技術；另一方面，可以利用納米金暗場成像的功能，通過暗場顯微鏡讀片，從而省略了酶底物顯色的步驟和成本，同時可以突破前一種技術只能定性判讀的局限性，實現基于暗場光散射圖像分析的定量檢測，使得定量免疫組化檢測成為可能。經過多年研發與攻關，我們已經成功實現針對惡性淋巴瘤的特異標記及雙模式檢測（模擬酶明場顯色和暗場成像）技術建立，實現針對臨床乳腺癌Her2檢測的模擬酶增強暗場免疫組化定量判讀，建立了定量判讀圖像分析軟件，完成臨床病例檢測120例，檢測靈敏性優于95%，特異性優于90%，對推動臨床定量免疫組化技術及實現更精準的病理診斷具有重要意義。
東南大學
2021-04-10
中南大學劉小鶴團隊在廉價電催化材料領域取得系列進展
該團隊制備了一種負載氧化鎳(NiO)納米晶粒的聚合物氮化碳(g-C3N4, CN)二維納米片新材料，通過構建具有金屬性的Ni-N鍵形成高導電界面，大幅提高了催化效率，該策略拓展至其他的過渡金屬氧化物(Co3O4、Fe2O3、CuO等)也獲得了成功。同時，該團隊還開發了過渡金屬基層狀蛇紋石結構的納米催化劑，進一步實現高效電催化。通過設計合成不同比例的Co、Ni基蛇紋石CoxNi3-xGe2O5(OH)4納米片，調節材料的電子能帶結構和導電特性，有效加快了催化效率，在堿性和中性條件下均表現出比傳統過渡金屬氫氧化物和商業RuO2更優異的催化活性和穩定性。 此外，該團隊以二維金屬-有機框架（2D MOF）納米片為前驅體制備了新型二維復合納米催化劑。通過引入吡啶作為抑制劑，借助溶劑熱反應和熱處理制備了氮原子摻雜的Ni-Ni3S2@碳復合納米催化劑，大幅度提高了催化性能，為二維金屬-金屬硫化物@碳多元復合材料的合成提供了新的思路。
中南大學
2021-02-01
電化學沉積制備單原子催化劑的普適性方法
近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心和化學物理系曾杰教授、周仕明副教授研究團隊發展出了一套利用電化學沉積制備單原子催化劑的普適性方法，利用該方法研究人員成功制備出了34種單原子催化劑，覆蓋了多種過渡金屬和多種襯底。相關成果發表在《自然·通訊》上。發展對襯底和金屬無選擇性的普適性單原子合成方法具有重要意義。研究人員在電化學三電極體系下進行電化學沉積，并通過陰極沉積和陽極沉積獲得了兩種Ir1/Co(OH)2單原子催化劑。此外，研究人員又探究了沉積條件（前驅體濃度、沉積圈數和沉積速率）對單原子形成的影響，發現當金屬的負載量低于某一限度時，可以獲得單原子；高于這一限度時則有金屬團簇或顆粒形成，這一變化類似于液相中晶體生長中的成核過程（圖1）。電化學沉積制備單原子的機理研究。(a)陰極沉積示意圖；(b)陽極沉積示意圖；(c)在陰極沉積中，前驅體濃度、沉積量和單原子形成的關系；(d)在陽極沉積中，前驅體濃度、沉積量和單原子形成的關系。為了證明該方法的普適性，研究人員又在氫氧化鈷、硫化鉬、氧化錳、氮摻雜的碳等襯底上成功獲得覆蓋3d、4d、5d金屬的單原子催化劑，并且對所制備的單原子催化劑的結構表征后發現，陰極和陽極沉積獲得的同一單原子催化劑具有不同的電子結構，這為其在不同催化反應中的應用提供了可能。研究人員還對所得單原子催化劑在電催化水分解反應中的性能進行了探究。實驗結果表明，陰極沉積所得的一些催化劑在電催化析氫反應中表現出了優異的性能，同時，陽極沉積所得的一些催化劑在電催化析氧反應中也表現出了良好的性能。該制備單原子催化劑的普適性方法不僅為單原子催化領域注入了新的活力，而且為今后系統性研究催化劑結構和性能之間的關系提供了新的思路。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14917-6.pdf詳細閱讀：http://news.ustc.edu.cn/2020/0313/c15884a414545/page.htm
中國科學技術大學
2021-04-10