中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室能源研究技术平台苏党生

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苏党生  研究员
办公电话：0411-84379758
邮箱：dssu@dicp.ac.cn
苏党生，男，1961年7月出生，研究员，中国科学院大连化学物理研究所、洁净能源国家实验室能源研究技术部主任。
简历介绍：
1979. 09 - 1983. 07 吉林大学物理系，获物理学学士学位
1983. 09 - 1986. 07 吉林大学材料科学系，获物理学硕士学位
1986. 07 - 1991. 04 奥地利维也纳工业大学技术物理研究所，获应用物理博士学位
1991. 05 - 1994. 12 德国马普学会Fritz-Haber 研究所博士后
1995. 01 - 1996. 12 德国Hahn-Meitner-Institut GmbH 研究所博士后
1997. 01 - 1997. 06 奥地利维也纳工业大学助理研究员
1997. 07 - 1999. 06 德国柏林洪堡大学物理系助理研究员
1999. 07 - 2009. 07 德国马普学会Fritz-Haber 研究所无机化学系，课题组长，研究员,电子显微学实验室主任
2009. 07 -2016.01 中国科学院金属研究所和沈阳材料科学国家(联合)实验室催化材料研究部，主任，研究员，博士生导师。
2016.01-至今 中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室能源研究技术平台主任/电镜技术研究组组长
研究领域：
扫描透射电子显微学；电子能量损失谱学；材料科学与催化，尤其是可持续及可替代能源；可持续能源存储与转化的纳米材料；非金属催化及纳米碳高效催化剂；新型纳米结构材料的合成及表征；非均相催化反应机理及表面化学。
代表论著：
发表文章 387 篇，包括《Science》1 篇，Chemical Review 2 篇，Angew. Chem. 30 篇，专著1 部

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表面暴露活性位点的MoS2纳米催化剂催化硝基化合物的非均相氢转移反应

王嘉a,b, 张雅洁a,c, 刁江勇a, 张家云a,c, 刘洪阳a, 苏党生a,d

a 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室, 辽宁沈阳 110016;

b 中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室, 甘肃兰州 730000;

c 中国科学技术大学材料科学与工程学院, 辽宁沈阳 110016;

d 中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室(筹), 辽宁大连 116023

A MoS2 nanocatalyst with surface-enriched active sites for the heterogeneous transfer hydrogenation of nitroarenes
Jia Wanga,b, Yajie Zhanga,c, Jiangyong Diaoa, Jiayun Zhanga,c, Hongyang Liua, Dangsheng Sua,d
a Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, Liaoning, China;
b State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, Gansu, China;
c School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Shenyang 110016, Liaoning, China;
d Energy Research Resources Division, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China


摘要

MoS2具有独特的二维层状结构，被广泛用于加氢脱硫过程以及HER反应，而且可以通过减少MoS2的颗粒尺寸以及层数来进一步改善其催化活性.通过剥离方法得到的MoS2纳米片虽然表现出优良的加氢脱硫活性，但容易团聚使其循环使用性能很差.如果通过引入纳米碳将单层的MoS2纳米片进行有效“隔离”，则可明显降低团聚的可能性，从而改善其催化性能和稳定性.本文通过一步水热法制备出了碳嵌入的MoS2纳米颗粒（MoS2@C），将其应用于硝基苯类化合物的氢转移反应中表现出了非常好的催化性能.进一步通过粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）和在线质谱检测等手段研究了层间距增加的MoS2催化剂在硝基苯类化合物的氢转移反应中催化性能提升的原因.

XRD，SEM和TEM结果表明，通过引入碳材料可以明显增加MoS2的层间距，同时减小其颗粒尺寸，而且使MoS2表现出弯曲的（002）晶面.由于存在一定的曲率，这种（002）晶面也会表现出一定的催化能力.氮气物理吸附结果表明，这种MoS2@C复合物具有较高的比表面积（89m2g-1）和明显的介孔结构（~20nm），在催化反应中有利于底物扩散，进而改善催化性能.XPS结果显示，与体相的MoS2相比，MoS2@C表面暴露出更多的不饱和Mo原子（Mo/S=0.71（MoS2@C） vsMo/S=0.63（MoS2）），形成了独特的S-Mo-O结构以及缺陷结构.在硝基苯类化合物的氢转移反应中，层间距增加的MoS2@C由于暴露出更多的活性位和具有弯曲的（002）晶面，表现出了更高的催化活性（TOF=3.66s-1 vs 1.24s-1（MoS2））.
通过质谱对反应过程的追踪发现，在只有肼存在的条件下，MoS2@C催化肼分解的主要气相产物是氨气.这说明MoS2@C能够使肼发生N-N键的断裂.而当肼和硝基苯同时存在的条件下，质谱检测的气相产物主要是氮气，表明硝基苯的存在可以诱导肼逐步发生N-H键断裂，在催化剂表面形成活性的H物种，进而转移到硝基苯上使其还原得到苯胺.使用偶氮苯和氧化偶氮苯作为反应底物，发现MoS2@C很难使其还原为苯胺，这说明在该催化体系中，硝基苯的还原过程主要是沿着直接路径（硝基苯-亚硝基苯-苯胺）进行的.

基金资助:

科技部（2016YFA0204100，2011CBA00504）；国家自然科学基金（21573254，91545110）；中国科学院青年创新促进会；中石化.

通讯作者: 刘洪阳, 苏党生     E-mail: liuhy@imr.ac.cn;dssu@imr.ac.cn

引用本文:]引用本文:]王嘉, 张雅洁, 刁江勇, 张家云, 刘洪阳, 苏党生. 表面暴露活性位点的MoS2纳米催化剂催化硝基化合物的非均相氢转移反应[J]. 催化学报, 2018, 39(1): 79-87.        Jia Wang, Yajie Zhang, Jiangyong Diao, Jiayun Zhang, Hongyang Liu, Dangsheng Su. A MoS2 nanocatalyst with surface-enriched active sites for the heterogeneous transfer hydrogenation of nitroarenes. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(1): 79-87.

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作为丙烷直接脱氢（PDH）反应的商业催化剂，Pt基催化剂具有较高的活性和选择性，但抗失活能力较差。近日，中国科学院金属研究所的李波课题组和大连化学物理研究所的苏党生研究员利用第一性原理计算结合动力学蒙特卡洛多尺度模拟的方法，揭示了积碳前驱体对丙烷直接脱氢反应的影响，阐明了催化剂表面结构的精细控制对抑制积碳的重要作用。

近年来，通过对催化剂成分及结构的控制，铂基催化剂在丙烷直接脱氢反应中催化性能得到逐步的提升。然而，反应过程中催化剂的积碳失活仍然是工业生产面临的巨大挑战。目前，工业上主要采用流化床反应器使催化剂轮换工作，并通过再生或交替通入反应气氛和再生气氛的方式保证生产过程的连续进行，催化剂的实际利用率较低。因此，深入理解催化剂的积碳失活过程、寻求有效的方法提高催化剂抗积碳的能力具有重要的科学意义和应用价值。

该工作从多尺度模拟角度得出了铂基催化剂表面丙烷直接脱氢反应的过程，验证了以往实验中观察到的快速失活与稳定两个反应阶段，进一步解释其微观原因为积碳前驱体影响表面活性位点的数目和构型，从而导致两个阶段的产生。此外，他们还解释了引入氢气对于丙烯选择性的调控作用。研究人员通过对反应过程中反应次数的统计及与对应表面构型的比较，发现丙烷直接脱氢生成丙烯主要通过R2→R5反应进行，深度脱氢主要通过R6→R11及R10反应进行，并最终导致C3物种的裂解，而丙炔为裂解反应发生的主要反应物，丙烷的解离吸附是反应的决速步；活性位点的构型和数目对丙烯和积碳的产生具有至关重要的影响，丙烯的产生、深度脱氢的发生及C3物种的裂解分别至少需要2、3和4个活性位点。kMC模拟的结果揭示反应可分为快速失活阶段和稳定阶段，两个阶段产生的原因是在快速失活阶段，活性位点暴露较多、反应速率快，但副反应也容易发生，因而反应速率较大，然而会迅速降低，选择性不高；在稳定阶段，积碳前躯体的覆盖使活性位点分割为小的团簇，这种少量相连的活性位点有利于生成丙烯反应的发生，抑制了副反应的进行，同时也维持了活性位点的覆盖度，因而催化性能趋于稳定且选择性较高；氢气作为反应气体不仅增强了生成丙烯的反应，也减少了消耗丙烯的反应，从而增加了丙烯的选择性。这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，第一作者为中科院金属研究所2016级的硕士研究生连赞。

该论文作者为：ZanLian, Sajjad Ali, TianFu Liu, Chaowei Si, Bo Li, Dang Sheng Su

Revealing the Janus Character of the Coke Precursor in the Propane Direct Dehydrogenation on Pt Catalysts from a kMC Simulation

ACS Catal., 2018, 8, 4694, DOI: 10.1021/acscatal.8b00107

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大连化物所等应邀发表纳米金刚石碳催化综述文章

中国科学院大连化学物理研究所能源研究技术平台研究员苏党生团队与意大利墨西拿大学（University of Messina）教授Gabriele Centi团队、德国马普化学能源转化所、中科院金属研究所等单位联合发表综述文章，总结了sp3杂化纳米金刚石及其衍生物在催化领域的研究现状与应用前景（Chemical Society Reviews）。

　　在传统工业催化领域中，金属基催化材料占据着主导的地位，但是其不可再生性，以及对环境的污染性是金属材料潜在的弱点。如何开发出具有可替代性的绿色能源催化剂是近些年来研究的热点与重点。纳米金刚石是一类sp3杂化的非金属碳材料，通过简单控制煅烧温度（900~1500℃），可得到巴基型纳米金刚石（sp3/sp2杂化）和洋葱碳（sp2杂化）两种延伸性碳材料。此前，苏党生将sp3杂化纳米金刚石碳应用到催化领域（Angew. Chem., 2010），并得到了国际研究学者的广泛关注。

　　该综述首先介绍了sp3-sp2碳材料之间不同相结构演变过程，对比了该类碳材料与其它常见碳材料（如石墨烯、碳纳米管）在表面结构、电子性质等方面的差异性。随后，详细介绍了该类碳材料在气相烷烃脱氢、液相反应及其电化学催化领域的应用与当前存在的科学问题，强调了独特的sp3/sp2核壳结构、表面微环境、活性位、杂原子介入与催化性能之间的构-效关系。文章最后引出纳米金刚石及其衍生物在调控碳材料表面曲率、应力、缺陷等方面具有重要的参考价值。

　　该工作得到中科院战略性先导科技专项A等的资助。

大连化物所等应邀发表纳米金刚石碳催化综述文章