国际顶级期刊《Advance Materials》刊载我校最新研究成果

25.11.2016 19:50

近日，我校环境与建筑学院崔立峰课题组与美国马里兰大学Liangbing Hu教授合作，在生物质焦油催化蒸汽重整转化材料研究方向取得突破，相关研究成果以“High-Performance, Low Tortuosity Wood Carbon Monolith Reactor”为题，在线发表在国际TOP期刊《Advanced Materials》上（2016， DOI: 10.1002/adma.201604257）。该论文以上海理工大学为第一单位，第一作者是环境与建筑学院王燕刚副教授，通讯作者是环境与建筑学院崔立峰教授。Advanced Materials是Wiley出版社旗下的国际材料科学领域顶级期刊，主要报道最具创新性的材料研究成果，其SCI（科学引文索引）影响因子为18.96，是业内公认的高学术质量科技期刊。
气化技术是利用秸秆、树枝等生物质的有效方式，然而气化过程中产生的焦油二次污染物严重影响了生物质气化效率以及下一步气化产物的应用，是制约生物质气化技术发展的瓶颈。利用高活性的镍基催化剂通过催化蒸汽重整的方式对生物质焦油进行转化使其在较低的温度下高效反应生成富氢合成气是一项颇具前景的资源化利用技术。然而镍基催化剂在催化反应过程中很容易结焦或烧结而失活，催化稳定性差。虽然传统的负载型催化剂一定程度上可以改善镍基催化剂的活性和稳定性，但这些催化剂往往颗粒或粉末形式存在，在反应过程中气体流动阻力大，气流热聚集容易使催化剂积碳逐渐失去活性。
树木沿着生长方向具有大量且排列相对规则的微米级导管（用于输送水分和无机盐），其碳化后的整体木碳仍然保留了其规则且上下相通的微米级孔道，这种天然的微米孔道可以作为一条理想的催化反应通道。受此启发，作者首次设计合成了负载纳米金属镍的木碳整体催化剂，作为一种新型低孔道曲度的整体反应器用于生物质焦油模拟化合物的催化蒸汽重整反应，实验结果显示与颗粒状催化剂相比，这种新型的整体式催化剂表现出极高的活性与催化稳定性。为了进一步探究其工作原理，作者通过ANSYS FLUENT软件对生物质焦油模拟化合物在这种整体式催化剂上的反应和流体动力学行为进行了模拟，最终得到了与实验数值非常符合的模拟结果。此外这种整体式催化剂制备方法简单且天然可再生，今后具有很好的工业应用前景。如得到推广，有可能解决我国农村烧秸秆造成PM2.5严重污染的环境问题。上述研究成果得到了上海市科委项目和国家自然科学基金国际合作项目的支持。