項目簡介：  

本項目屬催化化學、功能材料和催化反應工程交叉學科技術領域。

本項目以發(fā)展實用固體催化劑設計理論為核心，將化學反應分子軌道變換理論應用于多相催化反應基元過程，采用理論計算和實驗探求相結合的方法，系統(tǒng)深入研究了在常規(guī)反應器和膜反應器中進行熱表面催化反應(C-TSCR和M-TSCR)及按振動激發(fā)模式和電子激發(fā)模式進行光表面催化反應(V-LSCR和E-LSCR)的催化作用機制、動力學特性、催化劑設計原理和增效調控規(guī)律。

通過研究：揭示出反應物分子反應鍵吸附活化是TSCR和LSCR共通的首要步驟，提出了催化劑表面兩類活性位協(xié)同活化反應鍵及利用兩類活性位給受電子能力調控反應鍵活化程度的新理論；揭示出TSCR過程中化學鍵變換速度遵循前沿軌道能量相近快速變換原理，提出了其高效催化劑基元組分間前沿軌道能級匹配原則；揭示出膜反應器調控TSCR反應物或產物濃度使其過程增效原理，提出了按Poiseuille→Knudsen→Surface擴散機制設計膜反應器分離通道的新構思；揭示出V-LSCR過程振動能傳遞速度遵循振頻相近快速傳能原理，提出了其高效催化劑基元組分間振動結構匹配原則；揭示出E-LSCR過程光生載流子傳輸速度遵循能級相近快速傳輸原理，提出了其高效催化劑基元組分間能帶結構匹配原則；揭示出熱可有效加速反應物吸附和產物脫附過程而光可有效加速表面反應過程的基本特性，提出了"光→表面←熱"協(xié)同作用催化反應(T-LSCR)理論和過程增效調控規(guī)律；設計開發(fā)出15個TSCR體系和20個LSCR體系的高效固體催化劑及其過程調控。

本項目的理論成果：

為TSCR、LSCR和T-LSCR高效固體催化劑的設計和過程增效調控奠定了普適性的理論基礎，為發(fā)展新的一代催化反應技術開拓出有效通道，具有重大的科學價值；已12次在大型國際催化會議上報告，并兩次做全國催化會議大會報告；在國內外核心刊物發(fā)表論文216篇，SCI收錄81篇、EI收錄43篇、ISTP收錄6篇，其主要學術觀點他引622 次，其中SCI他引156次，在催化學術界產生了很大影響。

主要發(fā)現(xiàn)點：  (1)創(chuàng)立了固體表面兩類活性位(金屬位與Lewis酸位或Lewis堿位與Lewis酸位)協(xié)同作用吸附活化反應物分子反應鍵、利用兩類活性位給受電子能力調控反應鍵活化程度的新理論，提出了高效TSCR和LSCR固體催化劑表面活性位匹配設計的基本原則；(催化化學 1503035，代表性論文1、2、4、7)

(2)創(chuàng)立了"熱-固體催化劑-吸附態(tài)分子"相互作用系集前沿分子軌道能量相近快速變換理論，提出了高效TSCR催化劑表面活性位與分子反應鍵間和表面活性基元各組分間及其與載體基質間前沿分子軌道能級匹配設計的基本原則，設計開發(fā)出15個TSCR體系高效固體催化劑及其過程增效調控規(guī)律；(催化化學 1503035 ，代表性論文7、5、6、2)

(3) 創(chuàng)立了按Poiseuille擴散→Knudsen擴散→Surface擴散機制設計膜反應器分離通道、利用負載型有機-無機雜化膜層有機官能團與無機活性位協(xié)同作用選擇性分離氣體分子的新理論，設計開發(fā)出4個M-TSCR體系高效負載型雜化膜反應器及其偶合"催化-分離"過程增效調控規(guī)律；(材料化學4301050，代表性論文8、9)

(4)創(chuàng)立了"紅外激光-固體催化劑-吸附態(tài)分子"相互作用系集振動能振頻相近快速傳能理論，提出了高效V-LSCR固體催化劑表面活性位與分子反應鍵間和表面活性基元各組分間及其與載體基質間振動結構匹配設計的基本原則，設計開發(fā)出10個V-LSCR體系高效固體催化劑及其過程增效調控規(guī)律；(催化化學(光化學) 1503035，代表性論文3、4)

(5)創(chuàng)立了"紫外可見光-固體催化劑-吸附態(tài)分子"相互作用系集光生載流子能級相近快速傳輸理論，提出了高效E-LSCR固體催化劑表面活性位與分子反應鍵間和表面活性基元各組分間及其與載體基質間能帶結構匹配設計的基本原則，設計開發(fā)出10個E-LSCR體系的高效固體催化劑及其過程增效調控規(guī)律；(催化化學(光化學) 1503035，代表性論文10、2、3)

(6)創(chuàng)立了熱促反應物分子吸附和產物分子脫附兩個基元過程、光促化學鍵變換表面反應基元過程的"光→表面←熱"協(xié)同作用催化反應理論，建立起與之相應高效T-LSCR固體催化劑設計的基本原則和催化反應過程的增效調控規(guī)律，為發(fā)展新一代條件溫和、能耗少和原料利用率高的多相催化反應技術構建出新通道.(化工動力學 50301025，代表性論文3、4、10、2)

主要完成人：

1.   鐘順和

本項目相關的1項國家重大基礎研究和7項國家或省部級自然科學基金的項目負責人，系列研究方案、技術路線制定和科學規(guī)律的總結人；代表性論文和主要論文1-216的第1作者或通訊作者；發(fā)現(xiàn)點(1)-(6)創(chuàng)新規(guī)律的提煉人。投入該項研究的工作量占本人工作量的80%以上。

2.   高健

負載型雙核橋聯(lián)配合物催化劑設計和制備的研究者；CO2和EO合成EC M2(μ-X)2/SiO2催化體系的主要研究者；代表性論文5、6、7的第一作者；對發(fā)現(xiàn)點(2)做出了創(chuàng)造性貢獻。投入該項研究的工作量占本人工作量的70%以上。

3.   王希濤

國家重大基礎研究前期研究專項的主要參加人，光催化CO2和乙烷合成烴類氧化物反應體系的主要研究者；代表性論文10的第一作者；對發(fā)現(xiàn)點(5)做出了創(chuàng)造性貢獻。投入該項研究的工作量應占本人工作量的70%以上。

4.   李傳峰

CO2和甲醇合成DMC和負載型雜化膜反應器的主要研究者；代表性論文9的第1作者，代表性論文8第二作者；對發(fā)現(xiàn)點(3)做出了創(chuàng)造性貢獻。投入該項研究的工作量占本人工作量的70%以上

10篇代表性論文：

1.   Study of the reactivity of chemisorbed CO on Rh/SiO2 catalyst /Journal of Catalysis, 100: 270-276

2.   Dimethyl carbonate synthesis from carbon dioxide and methanol over Ni-Cu/MoSiO(VSiO) catalysts/Studies in Surface Science and Catalysis, 130(B): 1565-1570

3.   Laser stimulated oxidative coupling of methane to ethene on LiClO4/Pb3(PO4)2/ Studies in Surface Science and Catalysis, 75: 2249-2252

4.   Laser stimulated CO+H2 to form C2H4 on the surface of nickel sulfate/ Studies in Surface Science and Catalysis, 90: 501-506

5.   Synthesis and characteriation of dihydroxo bridged dicopper (II) complex and its catalytic properties for catechol oxidation/J Mol Catal, 164: 1-7

6.   Dimanganese(II)-Catalase-like model compleses: synthesis, structure characterization and catalystic mechanism/J Mol Catal , 186(1-2):25-32

7.   Supported dicopper(Ⅱ) complex catalyst Cu2(Ⅱ)(μ-Br)2/SiO2: synthesis, characterization and catalytic properties for synthesis of ethylene carbonate/ Applied Catalysis A: General,220: 1-8

8.   Preparation and characterization of polyimide-silica hybrid membranes on kieselguhr-mullite supports/Journal of Membrane Science,199(1) :53-58

9.   application of membrane reactor In direct synthesis DMC from CO2 and CH3OH over Cu-KF/MgSiO catalyst/Catalysis Today, 82:83-90

10.  Photo-catalysis of ethane and carbon dioxide to produce hydrocarbon oxygenates over ZnO-TiO2/SiO2 catalyst/Journal of Molecular Catalysis. A, Chemical, 229(1-2) : 87-93