华东理工大学化工学院段学志

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段学志，华东理工大学特聘教授，博导，青年科技启明星。面向能源、资源与环境需求，以催化反应动力学分析为主要研究手段，结合实验研究与理论计算，重点开展催化剂理性设计、反应工艺和反应器优化设计等方面的研究工作。近年来负责国家自然科学基金、教育部、国际合作项目、市科委/教委、中石化等项目16项。发表SCI论文70余篇，包括化工三大期刊15篇，授权国家发明专利13项。

姓名：段学志
职称：特聘教授
电话：021-64250937
传真：021- 64253528
电子邮件：xzduan@ecust.edu.cn

教育背景：

2007.9-2012.3，华东理工大学，化学工程，博士（导师：袁渭康院士、周兴贵教授、De Chen院士）

2003.9-2007.6，湘潭大学，化学工程与工艺，学士

工作经历：

2017.8-至今，华东理工大学，化工学院，特聘教授

2016.9-2017.8，华东理工大学，化工学院，副教授

2015.11-2016.8，华东理工大学，化工学院，讲师

2013.11-2015.11，挪威科技大学，Postdoc（合作导师：De Chen院士）

2012.3-2013.11，华东理工大学，师资博士后（合作导师：龚学庆教授）

研究方向：

（1）多相催化与反应动力学

（2）新型结构化催化剂/反应器

  

近五年发表SCI收录论文60余篇，包括JACS 1篇、ACS Catal. 3篇、J. Catal. 4篇以及化工三大期刊11篇；主持国家自然科学基金项目2项、国际合作课题2项、其他省部级课题以及中石化等委托项目10余项。

  

所获学术奖励与人才计划称号主要包括：国际催化联合理事会“Young Scientist Prize”（2016年）、第九届全球华人化工学者研讨会“Outstanding Youth Award”（2017年）、第九届“侯德榜化工科技青年奖”（2017年）、上海市高校特聘教授（东方学者）（2017年）和上海市青年科技启明星（2017年）。

  

代表性著作：

• Wenyao Chen, Jian Ji, Xiang Feng, Xuezhi Duan*, Gang Qian, Ping Li, Xinggui Zhou, De Chen*, Weikang Yuan. Mechanistic insight into size-dependent activity and durability in Pt/CNT catalyzed hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane. J. Am. Chem. Soc.2014, 136: 16736-16739.
• Thanh Hai Pham, Yangying Qi, Jia Yang, Xuezhi Duan*, Gang Qian, Xinggui Zhou, De Chen, Weikang Yuan. Insights into Hägg iron carbide catalyzed Fischer-Tropsch synthesis: Suppression of CH4 formation and enhancement of C-C coupling on χ-Fe5C2(510). ACS Catal.2015, 5: 2203-2208.
• Wenyao Chen, Dali Li, Zijun Wang, Gang Qian, Zhijun Sui, Xuezhi Duan*, Xinggui Zhou, Isaac Yeboah, De Chen*. Reaction mechanism and kinetics for hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane on a Pt/CNT catalyst. AIChE J.2017, 63: 60-65
• Di Wang, Jian Ji, Bingxu Chen, Wenyao Chen, Gang Qian, Xuezhi Duan*, Xinggui Zhou, Anders Holmen, De Chen*, John C Walmsley. Novel Fe/MnK‐CNTs nanocomposites as catalysts for direct production of lower olefins from syngas. AIChE J.2017, 63: 154-161.
• Wenyao Chen, Jian Ji, Xuezhi Duan*, Gang Qian, Ping Li, Xinggui Zhou. Unique reactivity in Pt/CNT catalyzed hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane. Chem. Commun.2014, 50: 2142-2144.
• Xiangping Zhou, Jian Ji, Di Wang Xuezhi Duan*, Gang Qian, De Chen, Xinggui Zhou. Hierarchical structured α-Al2O3 supported S-promoted Fe catalysts for direct conversion of syngas to lower olefins. Chem. Commun. 2015, 51: 8853-8856.
• Wenyao Chen, Xuezhi Duan*, Gang Qian, De Chen*, Xinggui Zhou. Carbon nanotubes as support in the platinum-catalyzed hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane. ChemSusChem2015, 8: 2927-2931.
• Di Wang, Xiangping Zhou, Jian Ji, Xuezhi Duan*, Gang Qian, Xinggui Zhou, De Chen, Weikang Yuan. Modified carbon nanotubes by KMnO4 supported iron Fischer-Tropsch catalyst for the direct conversion of syngas to lower olefins. J. Mater. Chem. A 2015, 3: 4560-4567.
• Thanh Hai Pham, Xuezhi Duan*, Gang Qian, Xinggui Zhou, De Chen. CO activation pathways of Fischer-Tropsch synthesis on χ-Fe5C2(510): Direct versus hydrogen-assisted CO dissociation. J. Phys. Chem. C2014, 118: 10170-10176.
• Xuezhi Duan, Gang Qian, Xinggui Zhou*, Zhijun Sui, De Chen*, Weikang Yuan. Tuning the size and shape of Fe nanoparticles on carbon nanofibers for catalytic ammonia decomposition. Appl. Catal. B: Environ 2011, 101: 189-196.
    
  书刊章节与综述论文：
• Xuezhi Duan, Xinggui Zhou*, De Chen. Structural manipulation of the catalysts for ammonia decomposition. Catalysis Volume 25, RSC Publishing2013, p118-140.
• Xuezhi Duan, Jian Ji, Gang Qian*, Xinggui Zhou, De Chen*. Recent advances in synthesis of reshaped Fe and Ni particles at the tips of carbon nanofibers and their catalytic applications (Invited Review). Catal. Today2015, 249: 2-11.
• Di Wang, Bingxu Chen, Xuezhi Duan*, De Chen, Xinggui Zhou. Iron-based Fischer-Tropsch synthesis of lower olefins: The nature of χ-Fe5C2 catalyst and why and how to introduce promoters (Invited Perspective). J. Energy Chem.2016, 25: 911-916.
  
  

代表性项目：

• 国家自然科学基金面上项目：Fe基费托催化剂上低碳烯烃形成机理及动力学特征（2018.1-2021.12），项目负责人
• 上海市青年科技启明星计划：金属-炭复合物催化剂的理性设计与性能调控（2017.4-2020.3），项目负责人
• 上海市自然科学基金项目：Fe基费托催化剂的理性设计及构效研究（2017.5-2020.4），项目负责人
• 科研创新团队基本科研业务费专项基金：金属-炭催化过程的应用基础研究（2017.1-2017.12），项目负责人
• 国际合作项目：Catalytic effect of metals on kerogen pyrolysis（2016.1-2017.6），项目负责人
  
  

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多相催化反应动力学
批准号        21922803       
学科分类        反应机理与反应动力学 ( B080302 )
项目负责人        段学志       
依托单位        华东理工大学
资助金额        130.00万元       
项目类别        优秀青年科学基金项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2022 年 12 月 31 日

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近日，我校化工学院、化学工程联合国家重点实验室段学志教授、陈文尧博士等从分子层面解析了铂催化剂的一氧化碳（CO）中毒效应，成功区分d带理论（d-band theory）中金属铂的d带空穴与d带中心能量两个关键参数，并分别定量其对CO活化及CO与H2竞争吸附的影响。相关成果以“Molecular-Level Insights into the Notorious CO Poisoning of Platinum Catalyst”为题发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202200190）上。

       贵金属催化剂苦于一氧化碳（CO）的中毒久矣，CO在大多数贵金属催化剂（尤以铂催化剂为主）的表面有很强的吸附作用，堵塞了表面催化活性位从而引起催化剂中毒。在大量涉及贵金属催化的反应体系中（如铂催化加氢反应、氢燃料电池等），浓度低至100~1000ppm的CO就可能导致催化剂迅速失活，让反应立刻“卡壳”。
        空气气氛中CO的完全氧化（CO-TOX）以及富氢气氛中CO的选择性氧化（CO-PROX）是脱除CO、延长催化剂寿命的最有效方式，其在许多重要工业应用场景如汽车尾气净化、氢燃料电池、大气污染物控制以及气体传感器等领域扮演重要角色，同时也用作探针反应来解析催化剂构–效关系与活性位结构。
       该工作以催化反应动力学为研究主线，采用球差电镜、12CO-13CO同位素切换以及扩展X射线吸收精细结构分析对Pt催化剂的几何结构进行了解析；采用X射线光电子能谱、X射线近边吸收光谱以及紫外光电子能谱分析对Pt催化剂的电子结构进行了解析。研究结果表明，混酸氧化后的碳纳米管置于惰性气氛下逐级升温焙烧，其表面负载铂的d带空穴数随着焙烧温度的升高呈现先增大后降低的趋势，而d带中心能量则表现出持续升高的趋势。催化性能结果表明，CO-TOX中铂的d带空穴数增大有利于抑制CO的中毒效应，而CO-PROX中铂的d带中心能量升高会延缓催化剂的中毒。
进一步结合稳态同位素瞬变动力学分析（SSITKA）与DFT理论计算发现，d带空穴数的增加会降低动力学速率决速步的活化能、加快关键中间物种OOCO*的形成，从而将CO快速转化为CO2而抑制催化剂失活；d带能量的升高会加剧CO与H2在铂催化剂表面的竞争吸附、减弱CO的吸附强度与覆盖度，从而提供更多的活性位抑制催化剂失活。
         最终分别揭示了CO-TOX过程中铂的d带空穴数与速率决速步活化能（ΔEi）、CO-PROX过程中铂的d带中心能量与CO/H2吸附能差值（ΔEads）之间的线性关系。该工作为制备抗一氧化碳中毒的高效贵金属催化剂提供重要的理论指导。
         该研究得到了袁渭康院士、周兴贵教授与挪威科技大学De Chen院士等的悉心指导。此外，该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划集成项目与优秀青年科学基金项目、上海教委科研创新计划自然科学重大项目、人力资源和社会保障部“博新计划”、上海市“超级博士后”激励计划等项目的经费支持。
       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200190