合成气制低碳烯烃核壳结构催化剂的制备及性能研究的任务书.docx

合成气制低碳烯烃核壳结构催化剂的制备及性能研究的任务书
任务书
课题名称：合成气制低碳烯烃核壳结构催化剂的制备及性能研究
研究背景和意义：
随着环境污染和资源短缺的加剧，在能源领域中，搜索替代传统石油化工产品的新型资源已经变成了不可避免的趋势。同时，我国大量的煤炭资源和天然气资源也为制备高价值化学品和燃料提供了更多的选择和信心。在这种背景下，合成气制烯烃是一个具有很高研究价值和广泛应用前景的领域。
因此，这项研究将以合成气制低碳烯烃作为研究对象，开发出一种优良的核壳结构催化剂，探讨催化剂的合成方法、性能优化及催化机理，为合成气制烯烃的应用和推广提供技术支撑和理论依据，同时为我国的经济可持续发展和资源转化提供更多的选择和策略。
主要研究内容：
1.本课题将采用一种核壳结构催化剂，在Co-Zn-Al-O基质上，通过沉淀法合成ZSM-5的SiO2包覆外壳。同时，在合成过程中，探究ZSM-5覆盖层的质量分数和厚度对催化剂阴极光催化合成低碳烯烃的影响。
2.基于以上合成方法，开发出一种具有优异特性的核壳结构催化剂样品，使用XRD、TEM、XPS以及催化剂比表面积等表征手段，分析催化剂的性质和互联结构。
3.使用自制的电化学反应器对合成气进行阴极光催化合成低碳烯烃，探究催化剂的性能和反应条件对合成低碳烯烃的影响。并通过分析反应产物的性质，探讨催化剂制备方法和反应机制。
4.综合考虑以上研究结果，再次对催化剂的性质和互联结构进行表征，并对其反应活性、稳定性、选择性、生产效率和成本等方面进行评估。
预期研究成果：
1.实现一种可控的合成低碳烯烃的核壳结构催化剂，并且优化催化剂的合成工艺和性能，合成催化剂展示出优秀的金属量、尺寸、覆盖层质量分数和厚度等性质。
2.建立合成气制低碳烯烃核壳结构催化剂反应的电化学反应器，优化反应条件，探究催化剂反应活性、稳定性、选择性、生产效率和成本评估，并得出具体结论和推荐指南。
3.通过分析反应产物的性质，探讨催化剂制备方法和反应机理，为理解合成气制低碳烯烃反应机理提供可靠的数据和理论依据。
4.将研究成果发布到具有国际影响力的学术期刊上，同时向政府、企业和公众等部门宣传研究成果，为我国发展可持续能源和绿色化工产业提供技术支持和政策建议。
研究基础和条件：
1.研究人员具有合成化学、催化和反应工程方面的学科背景和相关研究经验。
2.实验室设备包含XRD、TEM、XPS和催化剂比表面积等表征手段，以及电化学反应器等研究条件。
3.具有长期合作的企业，可以提供合成气等先进材料和实验材料，以及反应器和其他实验设备支持。
任务分配：
1.杨玲负责实验样品的制备和表征，包括合成基质和ZSM-5包覆层，以及使用XRD、TEM、XPS等表征催化剂性质的分析。
2.侯晓明负责反应设备的搭建和催化反应的实验调节工作，包括反应器的设计和优化实验条件的探索。
3.李星负责反应产物的定性定量分析，包括化学和物理手段进行定性和定量鉴定，以及对反应机理的探讨。
4.合作企业提供合成气等材料和设备，在本课题中起到协作支持的作用。
参考文献：
1.ZhangY.etal.AnovelFe-ZrO2/SiO2hierarchicalporouscatalystforcarbondioxidehydrogenationtolightolefins.ChemicalEngineeringScience,2019,204:372-382.
2.GeX.etal.Cobaltsingleatomswithgraphiticcarbonnitrideasefficientcatalystsforsyngasconversionintolightolefins.ACSCatalysis,2020,10(2):1499-1507.
3.PanQ.etal.HighselectivityofFe-CubimetalliccatalystssupportedonAl2O3forCO2hydrogenationtoolefins.ChemicalEngineeringScience,2020,227:115944.