纳米Cu/Zn异质界面的构筑及其对Rochow反应的催化性能研究

As an important reaction site for heterogeneous catalysis, heterointerfaces play an important role in the bonding, transformation and transfer of surface species, and their properties inevitably affect the catalytic activity. In recent years, nano-Cu/Zn heterostructure materials have become a research hotspot in the field of catalysis due to the rich and tunable electronic structure of transition elements Cu, Zn and their oxides. Although nano-Cu/Zn heterostructure materials have made great progress in structural regulation, the influence of interface microstructure on catalytic activity has not been clearly explained. The project is based on the Cu-based carrier with different size, morphology and exposed crystal plane to construct the supported nano-ZnO/Cu and nano-ZnO/Cu2-XO heterostructure catalysts. The Rochow reaction, which is widely used in organic silicon industry, was selected to elucidate the association between the structure of surface states and band structures and catalytic activity of nano-Cu/Zn heterogeneous interface, and to improve the reaction mechanism. This project will further deepen the understanding of Cu/Zn heterointerface structure and provide new research ideas for high-efficiency Cu-based catalysts. It is of great scientific significance to explore the catalytic mechanism of organic silicon and other catalytic reactions.

异质界面作为多相催化重要的反应场所，对表面物种的键合、转化和转移有重要作用，其性质必然影响催化活性。近年来，由于过渡族元素Cu、Zn及其氧化物丰富可调的电子结构，纳米Cu/Zn异质结构材料已经成为催化领域的一个研究热点。虽然纳米Cu/Zn异质结构材料在结构调控方面取得了长足进展，但其界面微观结构对催化活性的影响依然未得到明确的解释。本项目基于不同尺寸、形貌和暴露晶面的Cu基载体，构筑表界面信息确定的负载型纳米ZnO/Cu和纳米ZnO/Cu2-XO异质结构催化剂；选择有机硅行业广泛使用的单体合成的Rochow反应，阐明纳米Cu/Zn异质界面表面态和能带结构等微观结构与催化活性之间的关联机制，并完善反应机理。本项目将进一步深化对Cu/Zn异质界面结构的认知，促进新型高效Cu基催化剂的研制，对有机硅和其他多相催化反应催化机制的探讨具有重要的科学意义。

异质界面作为多相催化重要的反应场所，对表面物种的键合、转化和转移有重要作用，其性质必然影响催化活性。近年来，由于过渡族元素Cu、Zn及其氧化物丰富可调的电子结构，纳米Cu/Zn异质结构材料已经成为催化领域的一个研究热点。虽然纳米Cu/Zn异质结构材料在结构调控方面取得了长足进展，但其界面微观结构对催化活性的影响依然未得到明确的解释。.本项目可控合成了多种负载型Cu基复合催化剂，包括立方Cu/Cu2O、立方ZnO/Cu2O、立方ZnO/Cu/Cu2O、CuO-ZnO复合催化剂等，构筑了电子结构和能带结构可调的异质界面，考察了多种异质结构复合催化剂在有机硅单体合成中的Rochow反应中的催化性能，揭示了Cu/Zn主助催化剂的异质界面结构与催化性能之间的构效关系；结合密度泛函理论计算，探索了Rochow反应等有机硅单体合成反应的路径和影响性能的关键步骤。.本项目首先构筑了立方体Cu2O/Cu异质界面，发现了Cu/Cu2O异质界面容易形成肖特基势垒，并揭示了其在Rochow反应中的界面电荷转移途径。其次，设计了立方体ZnO/Cu/Cu2O的多异质界面，发现了Cu和ZnO之间肖特基结的形成促进了Cu2O和改性ZnO之间P-N异质结处的电子转移，并揭示了其提升二甲基二氯硅烷选择性的增强机制。最后，设计合成了多孔泡沫CuO-ZnO复合材料，并证实了氧空位浓度在提升Rohocw反应催化性能中的作用。