科研成就
?科研綜述
包信和
包信和工作重點(diǎn)集中在金屬催化劑的表面化學(xué)、納米催化理論,多孔材料的合成、表征,在催化中的應(yīng)用研究和采用原位、動(dòng)態(tài)方法觀察在反應(yīng)過(guò)程中,金屬催化劑表面在時(shí)間和空間坐標(biāo)下發(fā)生的結(jié)構(gòu)自組合效應(yīng)以及由此導(dǎo)致的非線性表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征等。在甲烷活化、合成氣催化轉(zhuǎn)化以及小分子選擇氧化等方面進(jìn)行了大量研究工作。包信和所從事的是催化基礎(chǔ)理論研究和催化劑的開(kāi)發(fā)工作。發(fā)現(xiàn)次表層氧對(duì)金屬銀催化選擇氧化的增強(qiáng)效應(yīng),揭示了次表層結(jié)構(gòu)對(duì)表面催化的調(diào)變規(guī)律。發(fā)現(xiàn)了納米催化體系的協(xié)同限域效應(yīng),研制成碳管限域的納米金屬鐵催化劑和納米R(shí)h-Mn催化劑,使催化合成氣轉(zhuǎn)化的效率成倍提高。在甲烷活化方面,以分子氧為氧化劑,實(shí)現(xiàn)了甲烷在80℃條件下直接高效氧化為甲醇的反應(yīng);創(chuàng)制了Mo/MCM-22催化劑,使甲烷直接芳構(gòu)化制苯的單程收率大幅度提高。 催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)在中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所。包信和在這里進(jìn)行表面化學(xué)及表面催化反應(yīng)等課題的研究,他是“九五”國(guó)家攀登計(jì)劃預(yù)選項(xiàng)目“甲烷、低碳烷烴及合成氣轉(zhuǎn)化的催化基礎(chǔ)”研究首席科學(xué)家之一,并且是“天然氣、煤層氣優(yōu)化利用的催化基礎(chǔ)”項(xiàng)目研究主持人。包信和帶領(lǐng)相關(guān)人員開(kāi)展了用原位、動(dòng)態(tài)手段研究真實(shí)催化反應(yīng)過(guò)程。并在中國(guó)國(guó)內(nèi)外各方面的支持和幫助下,先后建成了包括電子微探針、光電子發(fā)射顯微鏡、原位固態(tài)核磁共振譜儀和計(jì)算機(jī)模擬等手段在內(nèi)的動(dòng)態(tài)催化反應(yīng)研究實(shí)驗(yàn)室。 包信和建立的“限域催化”新概念并初步形成理論體系;甲烷活化和天然氣高效利用理論和技術(shù)突破了近百年來(lái)的瓶頸,技術(shù)與企業(yè)合作已進(jìn)行工業(yè)模試試驗(yàn);首創(chuàng)氧化物和分子篩納米復(fù)合催化劑及催化過(guò)程(Ox-Zeo),成功實(shí)現(xiàn)煤基合成氣一步轉(zhuǎn)化直接制低碳烯烴,從原理上創(chuàng)立了一條低耗水的煤轉(zhuǎn)化新途徑。
經(jīng)過(guò)幾年的努力和反復(fù)嘗試,包信和在天然氣的優(yōu)化利用、汽車(chē)排放廢氣中的氮氧化物消除等催化研究,以及新型催化材料的研制等方面取得了一些有創(chuàng)新意義的成果。尤其是在甲烷轉(zhuǎn)化方面,有了較大突破。
2001年,為加強(qiáng)生物技術(shù)學(xué)科創(chuàng)建,包信和所長(zhǎng)多次組織全所各方面的專(zhuān)家,經(jīng)過(guò)充分討論,決定組建生物技術(shù)部,并親自邀請(qǐng)楊勝利院士來(lái)所擔(dān)任生物技術(shù)部主任。
2014年,包信和研究組在甲烷高效轉(zhuǎn)化相關(guān)研究中獲重大突破,實(shí)現(xiàn)了由甲烷直接高效生產(chǎn)乙烯、芳烴和氫氣等化學(xué)品。該項(xiàng)科研成果通過(guò)《專(zhuān)利合作條約》的專(zhuān)利申請(qǐng)渠道,進(jìn)入美國(guó)、俄羅斯、日本、歐洲和中東等國(guó)家和地區(qū),同年,這項(xiàng)成果也在美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表,引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的很大反響。 2016年3月,包信和與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘秀蓮研究員團(tuán)隊(duì)合作,在合成氣選擇轉(zhuǎn)化低碳烯烴研究中取得突破性進(jìn)展,重要成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)刊物《科學(xué)》雜志上。
2021年11月3日,包信和所參與的項(xiàng)目《納米限域催化》獲得2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。 ?學(xué)術(shù)論著
1.Xiaoguang Guo, Guangzong Fang, Gang Li, Hao Ma, Hongjun Fan, Liang Yu, Chao Ma, Xing Wu, Dehui Deng, Mingming Wei, Dali Tan, Rui Si, Shuo Zhang, Jianqi Li, Litao Sun, Zichao Tang, Xiulian Pan, Xinhe Bao*,Direct, Nonoxidative Conversion of Methane to Ethylene, Aromatics, and Hydrogen, Science,344(2014)616-619
2.Chem. Commun.
3.Science
4.Advanced materials
5.Chem. Commun
6.Chem. Commun.
7.Shujing Guo, Xiulian Pan, Haili Gao, Zhiqiang Yang, Jijun Zhao, Xinhe Bao*,Probing the electronic effect of carbon nanotube in catalysis: NH3 synthesis over Ru nanoparticles,Chem Eur J, 2010,16: 5379–5384
8.CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
9.Chem. Commun.
10.J. Catal.
?承擔(dān)項(xiàng)目
項(xiàng)目來(lái)源 | 項(xiàng)目名稱(chēng) |
“973”計(jì)劃 | 天然氣、煤層氣優(yōu)化利用的催化基礎(chǔ) |
?成果獲獎(jiǎng)
獲獎(jiǎng)時(shí)間 | 獲獎(jiǎng)項(xiàng)目 | 所獲榮譽(yù) |
2005年 | 甲烷直接催化脫氫轉(zhuǎn)化為芳烴和氫新反應(yīng)的研究 | 國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(排名第三) |
2009年 | — | 遼寧省自然科學(xué)一等獎(jiǎng) |
2014年 | 硅化物晶格限域的單中心鐵催化劑的“晶格限域”催化概念 | 中國(guó)十大科學(xué)進(jìn)展 |
2016年 | 開(kāi)創(chuàng)煤制烯烴新捷徑 | 中國(guó)十大科學(xué)進(jìn)展 |
2016年 | — | 國(guó)際天然氣轉(zhuǎn)化杰出成就獎(jiǎng) |
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