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CERNET第24届学术年会
选择字体:    国家科学技术奖励工作办公室    发布时间:2011-07-07

国家自然科学奖初评通过项目-催化材料的紫外拉曼光谱研究

项目名称: 催化材料的紫外拉曼光谱研究
推荐单位: 辽宁省
项目简介: 申报项目属催化及物理化学领域。催化科学对国民经济可持续发展起着极其重要的作用,催化科学的核心内容之一是催化材料的创新。催化材料研究在国际上竞争十分激烈。在催化新材料发展中,表征技术起着重要的作用。本项目利用自主研制的紫外拉曼光谱技术解决了催化材料的若干关键科学难题: 1. 首次利用紫外共振拉曼光谱技术解决了一系列重要分子筛材料(如含过渡金属钛、铁、钒等的分子筛)中有关骨架金属活性中心的结构鉴定难题。建立了微孔和介孔分子筛骨架过渡金属杂原子活性中心鉴定的表征新方法,在催化材料的活性中心表征研究方面取得重大进展。 2. 首次利用紫外拉曼光谱研究了金属氧化物催化材料表面物相结构问题,发现金属氧化物的表面与体相常常具有不同相结构,物相形成过程中表面和体相的相变表现不同步。在太阳能光催化材料研究中,发现表面物相结构和光催化活性有直接关联,提出了"表面异相结和异质结增强光催化活性"的概念。 3. 发展了水热催化材料合成中的原位紫外拉曼光谱技术,对典型分子筛催化材料的合成过程实现了原位紫外拉曼光谱研究,首次观察到分子筛合成初期的分子碎片以及模板剂与分子碎片的相互作用形成的微孔结构,提出了分子筛初期形成的重要中间体决定最终分子筛结构的机理。 上述研究发展了表征催化材料的新方法,发现了催化材料合成的重要转化过程和活性中心中间物种,提出了催化材料合成的机理。相关研究工作发表SCI论文100篇,SCI他人引用1972次。8篇代表性论文他人引用529次,授权发明专利5件。项目主要负责人被邀在国际催化大会上做60分钟的大会特邀报告,获得国际催化奖(四年一次,每次一人,我国科学家第一次获此奖)。上述研究还被国际分子筛大会评述为分子筛研究领域重要进展,在国际催化学术界产生了重要影响,成为我国在国际催化界的标志性成果之一。 由于紫外拉曼光谱研究在国际上的领先地位,也极大地促进了我所在这个领域的国际合作研究,与国内外十余个研究机构进行了合作研究,并牵头主导多次大规模、高层次国际合作项目研究。此外,该项基础研究还促进了紫外拉曼光谱仪技术在多家研究机构的推广应用。与北京卓立汉光仪器公司合作,将紫外拉曼光谱仪产业化。2010年完成国家重大装备研制项目"深紫外拉曼光谱仪的研制",获得世界上第一张激发波长低至177 nm的深紫外拉曼光谱。
主要完成人:

李灿 对重要发现1、2和3(代表性论文1-8) 做出了主要贡献。(占本人工作量70%) 1.设计研究总体思路和方案,组织实施项目研究工作。 2.提出用共振拉曼原理表征杂原子分子筛活性中心的新思路。高灵敏地鉴定了TS-1,Ti-MCM-41,Fe-ZSM-5,Fe-SBA-15和V-MCM-41等催化材料中超低含量的孤立的过渡金属离子或氧化物物种,建立了鉴定微孔和介孔分子筛骨架中过渡金属杂原子的拉曼光谱研究方法; 3.提出了"金属氧化物表面异相结增强光催化活性"的概念。并进一步提出"表面异质结"的新概念; 4.指导分子筛原位合成研究,提出了分子筛的初期重要中间体的形成决定分子筛结构的机理

冯兆池 对重要发现1、2和3(代表论文1,3,5,6,8)作出了主要贡献。本项研究占本人工作量的70% 1.负责拉曼光谱实验、光路设计及调试,进行了催化材料拉曼研究实验方法改进和实验技术的推广; 2.杂原子分子筛表征的实验研究,参与TS-1、Fe-ZSM-5,Fe-SBA-15催化剂结构和性能的紫外共振拉曼光谱表征; 3.参加金属氧化物ZrO2、TiO2表面物相相变研究; 4.指导原位拉曼光谱池设计,参加X型分子筛、Fe-ZSM-5、AlPO-5分子筛 分子筛原位合成研究。

张静 对重要发现2(代表论文5, 6)作出了主要贡献。本项研究占本人工作量的100% 1.TiO2表面物相与光催化研究,发现TiO2表面与体相具有不同相结构、物相形成中表面和体相的相变不同步现象。 2.通过对TiO2氧化物表面物相研究,将紫外拉曼光谱鉴定出的表面物相信息和氧化钛光催化活性相关联,发现表面异相结增强光催化活性的现象。

范峰滔 对重要发现3作出了主要贡献(代表论文8)。本项研究占本人工作量的100% 1.设计加工可以应用于原位研究水热合成过程的光谱池,解决紫外激光在水热条件下传输问题。 2.利用共振拉曼技术研究了Fe-ZSM-5分子筛晶化过程,提出铁物种和次级结构单元中心成核的模型。 3.利用原位紫外拉曼光谱技术应用于X型分子筛的晶化机理研究,发现合成中的关键物种,提出分子筛的合成机理。利用原位紫外拉曼光谱技术研究AlPO-5分子筛的晶化过程,发现磷酸铝分子筛形成初期模板剂的振动与孔道结构形成之间的关联,检测到含有四元环的无定形孔道中间物。

杨启华 对重要发现3(代表论文6)作出了主要贡献。本项研究占本人工作量的40% 1.过渡金属杂原子介孔材料合成和紫外拉曼表征; 2.用离子注入法制备表面高分散Ti物种以及紫外拉曼光谱研究,在烯烃的选择性氧化中表现出高的活性选择性; 3.含Fe杂原子分子筛合表征及其活性中心研究。

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