中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心劉振剛研究組在廢棄生物質(zhì)基炭材料制備及其能源催化轉(zhuǎn)化研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果近期發(fā)表于Green Chemistry、Applied Catalysis B: Environmental （2017;204:566-576）和ACS Sustainable Chemistry & Engineering （2017;5:7613-7622）。

廢棄生物質(zhì)煉制高品質(zhì)生物燃料與精細(xì)化學(xué)品是其資源化利用的重要途徑，而成本低廉、高溫穩(wěn)定、活性高的催化劑的可控制備是生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵和難點(diǎn)。該研究組致力于環(huán)境友好的生物質(zhì)基炭功能材料的制備及環(huán)境應(yīng)用研究，已在Bioresource Technology、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials等發(fā)表相關(guān)研究論文。最近，研究組在前期工作的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一種以廢棄生物質(zhì)衍生水熱炭為催化劑載體負(fù)載納米金屬的“一步法”合成技術(shù)路線，該制備條件溫和、環(huán)境友好并可對(duì)催化活性中心的形貌、尺寸和晶型進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。催化研究表明水熱炭載體的多孔道核殼結(jié)構(gòu)作為分子通道強(qiáng)化了反應(yīng)物與納米活性中心的接觸；同時(shí)，水熱炭殼層豐富的官能團(tuán)提高了納米金屬晶粒與載體之間的相互作用，從而有效抑制納米金屬高溫催化過(guò)程的燒結(jié)和失活。該方法制備的納米金屬催化劑具有非常高的反應(yīng)活性，溫和條件下對(duì)焦油難降解組分去除效率高達(dá)95%，相關(guān)研究成果發(fā)表于Applied Catalysis B: Environmental；基于水熱炭介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移機(jī)制新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，課題組進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了污泥原位“自還原”納米晶粒耦合CO2原位捕獲強(qiáng)化氫氣轉(zhuǎn)化的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了市政污泥“零焦油”氣化及富氫燃?xì)獾亩ㄏ蚝铣桑嚓P(guān)研究成果發(fā)表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering；在單金屬催化體系的基礎(chǔ)上，研究組通過(guò)進(jìn)一步精準(zhǔn)調(diào)控，制備了系列納米雙金屬催化劑并將其應(yīng)用于廢棄生物質(zhì)的催化氣化，制備的催化劑均表現(xiàn)出非常高的催化活性和穩(wěn)定性，該研究成果于近期發(fā)表在Green Chemistry上。上述系列研究表明以廢棄生物質(zhì)為原料基于水熱炭介導(dǎo)電子傳輸新機(jī)制而制備的炭復(fù)合功能材料具有制備簡(jiǎn)單、成本低廉、反應(yīng)活性高、熱穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在生物質(zhì)能源催化轉(zhuǎn)化中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。以上研究加深了對(duì)生物質(zhì)炭化過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為廢棄生物質(zhì)材料化應(yīng)用提供了重要的理論指導(dǎo)。

以上研究得到了中科院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

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不同技術(shù)路線制備水熱炭負(fù)載納米金屬催化劑對(duì)比示意圖

水熱炭負(fù)載納米雙金屬催化劑的合成機(jī)理