先進(jìn)催化材料高效環(huán)保

固體催化是化學(xué)工業(yè)的基石，也是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化、環(huán)境凈化和清潔合成的核心技術(shù)。創(chuàng)制先進(jìn)催化材料是開(kāi)啟解決能源、環(huán)境問(wèn)題之門(mén)的金鑰匙。

大連理工大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師趙忠奎,帶領(lǐng)“先進(jìn)催化材料”研究組，在多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省基金項(xiàng)目、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目及企業(yè)合作項(xiàng)目等的資助下，圍繞能源、環(huán)境所面臨的突出問(wèn)題，開(kāi)展了納微催化材料的理性設(shè)計(jì)、可控構(gòu)筑及納微結(jié)構(gòu)和表界面調(diào)控研究。已在催化新材料與催化化學(xué)、精細(xì)化工催化、能源和環(huán)境催化等領(lǐng)域取得了一些突破。

相對(duì)于金屬催化劑，無(wú)機(jī)非金屬碳質(zhì)催化劑具有成本低廉、環(huán)境友好、無(wú)重金屬污染、耐腐蝕等諸多優(yōu)勢(shì)，從而在精細(xì)化工清潔制備、綠色能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)、環(huán)境凈化等方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

通過(guò)開(kāi)展納米碳催化乙苯、低碳烷烴的直接脫氫制烯烴，及光催化光解水制氫、有機(jī)污染物降解等方面的研究。研究人員構(gòu)建了新型高效的非金屬碳催化劑，建立了簡(jiǎn)單、有效的碳材料微結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了同步表面結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生和雜原子摻雜改性等。” 趙忠奎說(shuō)。

舉例來(lái)看，精細(xì)化工步驟多、污染重，精細(xì)化工綠色化至關(guān)重要。“研究組開(kāi)展了精細(xì)化工清潔制備研究，通過(guò)催化劑的微結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)調(diào)控，取得了較好的進(jìn)展。” 趙忠奎說(shuō)，研究人員已實(shí)現(xiàn)了清潔反應(yīng)溶劑等精細(xì)化學(xué)品及中間體的高效清潔合成。

氫氣是重要的新能源，合成氣是天然氣、煤高效清潔利用的中樞產(chǎn)品。

研究人員開(kāi)展了氫氣的制備、純化，及合成氣催化轉(zhuǎn)化等方面的研究。通過(guò)甲烷重整制氫及合成氣，以及光解水制氫的研究，開(kāi)展了富氫氣體中CO的優(yōu)先氧化，及合成氣催化轉(zhuǎn)化制烯烴和含氧化合物的研究。

通過(guò)納米鈷基催化劑的研究，顯著降低了CO完全轉(zhuǎn)化的起始溫度并有效拓展了完全轉(zhuǎn)化的溫度窗口；通過(guò)新型鎳基催化劑的研究，提升了其催化活性和穩(wěn)定性。”趙忠奎說(shuō)。

光催化能量轉(zhuǎn)化是環(huán)境凈化式催化領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。研究人員正在開(kāi)展納米異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑及其幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及光催化性能的調(diào)控研究。

通過(guò)納米異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑與調(diào)控，來(lái)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的能帶、電子——空穴的再?gòu)?fù)合性質(zhì)、吸光效率、載流子遷移效率及催化劑活性位可接近性，進(jìn)而調(diào)控其光催化性能，力圖構(gòu)筑新穎高效的能量轉(zhuǎn)化、環(huán)境凈化用光催化劑。” 趙忠奎說(shuō)。

目前，研究人員創(chuàng)制的烷基甲基萘磺酸鹽系列表面活性劑，室內(nèi)驅(qū)油試驗(yàn)顯示可提高采收率20%，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)堿驅(qū)油。此外，還開(kāi)展了高性能木質(zhì)素磺酸鹽國(guó)產(chǎn)染料分散劑。該分散劑具有低成本、熱穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，可望替代進(jìn)口的Reax-85A，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)染料分散劑的國(guó)產(chǎn)化。