封装钯纳米粒子的沸石分子筛催化剂高效制取生物呋喃

  • 硕士生组 票数:542
  • 姓       名:王成涛
  • 导       师:肖丰收
  • 成果类别:论文著作类
  • 院系(学园):化学系
团队介绍

        以肖丰收教授为科研带头人的催化材料课题组致力于高效多孔催化材料的设计与合成用于生物质转化、环境催化以及能源利用等领域。目前,课题组有国家杰出青年基金获得者一名,国家优秀青年基金获得者一名,课题组设计开发了绿色环保的沸石催化材料、多孔聚合物催化材料以及纳米金属催化材料等多种新型催化材料。团队多次承担国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划(863计划)、浙江省自然科学基金、浙江省科技厅等项目,并广泛与德国巴斯夫、荷兰壳牌、中石油及中石化等国内外公司开展合作。多年来,课题组在Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed. ACS Catal.等国际著名学术期刊发表论文350余篇,授权国家发明专利50多项。

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科研心得

对于我来讲,读研初始,我的内心是十分忐忑的。首先,我本科是化工系的,因为巧合,研究生阶段转入了化学系,日后的科研经历让我渐渐体会到这不仅仅是一字之差,我基本要从头开始。其次,由于暑假没能成行,开学时又出点小意外,直到开学的第三天我才来课题组报到,导师告诉我,我是课题组有史以来最晚报到的一个,这可不是什么值得高兴的事。初来乍到的我压力很大,我需要迅速切换角色,投入到紧张的研究生生活中,而且这也意味着我需要更长的时间去适应新的环境。然而后来我发现我又是幸运的,因为我进了一个学术氛围浓厚却不失自由,科研生活紧凑却充满欢声笑语的课题组。

最初进实验室的时候,我发现自己掌握的那一点点实验技能是远远不够的,很多细节和习惯都应该去注意,去学习。繁重的科研任务让我忘记了当初自己设想的研一可以轻松一点的幼稚想法。首先,时间投入是最基本的要求,除了研一的课程和助教时间之外,我基本上都在实验室,一刻也没闲着,因为我清楚我的状况,时间不等人,我要学习和适应的东西更多。其次,我发现提高科研效率很重要,多问,多学,多思考,少些盲目,少些急躁,就能少走弯路。在这里我非常感谢王亮和张建师兄以及其他师兄师姐们,他们的耐心指导和无私帮助让我十分感动,也让我更加珍惜眼前的机会,我不断地汲取,不断地消化,希望尽快地融入进去。

然而,科研的道路总是崎岖的,不可能一帆风顺,每天经历失败才是常态,对此心态一定要平稳。比如接触这个课题的最初几个月,我连所用到的催化剂都合成不出来,一次次看着毫无结果的XRD图,我都没有勇气再去面对。可是,沉沦并不是办法,要想搞科研,内心得足够强大。我查文献,请教师兄,改进方法,不断尝试,终于某一天,我突然看到XRD图上出现了我想要的结果,我得到了我想要的材料!一如后来做反应测试阶段,采集的样品在色谱图上出现了唯一的产物峰,这令我欣喜若狂!现在回想起来,真正让我品尝到来自科研的喜悦和成就感,并不是听到文章接收的消息,而是经过不断地失败,不断地努力,多少个日日夜夜之后,突然某一天,你发现你的实验做出来了,那一刻,才是发自内心的喜悦。

对于科研,时间投入要有保证,心态要平稳,当然科研氛围也很重要。我所在的课题组氛围非常好,这一点对我帮助很大。实验室里每人都有自己的工作,尽管各不相同,但是大家一起忙碌,有问题一起探讨,互帮互助,这种感觉让我觉得我们是一个大家庭,是一个整体。对于这个项目而言,材料合成出来才是第一步,后续做糠醛加氢反应的时候,我也遇到很多麻烦,我要动手搭建固定床反应器,中间不断摸索最佳的反应条件。有时候因为要不间断地采集样品,只能守在反应器旁边,错过了吃饭;有时候为了得到样品数据,扎色谱到深夜,测红外到第二天早上;而有时候因为一个小小的失误,几天的实验可能就白做了……面对这样的结果,我只能对自己说:“再来!”所以科研每天都会经历大大小小的失败,但每天我们都在发现问题,解决问题,而且失落的时候,实验室里大家会相互鼓励,相互调侃,讲笑话,说段子,充满欢声笑语,心情舒畅之后就会重拾信心,枯燥的科研生活也变得有乐趣了。

总之,科学就如同星空,浩瀚无边,而科研的道路是非常曲折、非常艰辛的,需要一代又一代的人为之奋不顾身。我只是作为其中的一粒星尘,能默默地为科研事业做出点贡献就很满足了。愿今后同在科研道路上的你也能承受住挫折,默默地付出,品尝到最后那一刻的喜悦。


成果简介

火龙果型催化剂让生物质变化学品不是梦


生物质能作为一种可再生能源,越来越引起人们的重视,它不仅为人类提供能量和生产所需要的原料,而且还是一种环境友好型能源。生物质能直接或间接来源于绿色植物的光合作用,我们可以通过生物质转化技术,将其转化为清洁燃料以及各种平台化合物。但是,生物质转化过程中涉及的反应路径比较复杂,副产物较多,导致目标产物的选择性较低。糠醛是一种重要的有机化工产品,其生产原料主要是玉米芯等农作物。糠醛加氢反应本身很容易实现,但是由于其具有复杂的反应路线,加氢产物较多,反应产物选择性较低,利用价值不高。

        本项目则报道了一种将钯纳米颗粒封装到Silicalite-I(S-1)沸石分子筛中制成具有特殊核壳结构的催化剂(Pd@S-1),用于糠醛加氢反应。该催化剂利用分子筛孔道择形催化的特点,控制反应物产物分子在金属钯表面的扩散,使分子筛孔道成为分子扩散的唯一通道,从而改变产物选择性,实现了在较温和的反应条件下将糠醛加氢制取呋喃的选择性由现有的5.6%提高到98.7%,且糠醛的转化率高达91.3%。本工作的关键在于Pd@S-1催化剂结合了金属和分子筛两者的优点:以钯纳米粒子作为加氢的活性位点;分子筛的微孔道控制反应物和产物的扩散。本工作的亮点在于首次报道了一种将金属的加氢活性和沸石分子筛孔道择形性相结合的催化剂高效地用于生物质加氢反应。该策略将为合成具有高效加氢选择性的多相催化剂提供新的设计思路。该项目获得2016年度浙江省化学会创新奖一等奖,2017年化学系科研成果展一等奖,并被《研之成理》公众号等网上诸多媒体转载报道,相关论文发表在J. Am. Chem. Soc. (IF=13.038, 2016, 138, 7880-7883).


实验图