暴露高活性晶面纳米晶高温快速制备过程中介尺度结构形成机制与调控

Nanocrystals with Highly Reactive Facets show superior physical and chemical properties in catalytic, optical, electrochemical, etc, but it will be very important for the design and control of the meso-scale structures, such as the crystal facets and the lattice orientation. Based on the control synthesis of nanocrystals with highly reactive facets by the high temperature multiphase reaction process, this project will investigate the properties of fluid flow, mixing, transport and chemical reaction, study the formation mechanism, structure evolution and control methods for nanocrystals by using a combination of experimental and simulation methods. This project will also reveal the coupling mechanism of chemical reaction and transport in the surface or interface region for materials growth, and also the formation mechanism of meso-scale structures via high temperature process. And clarify the regulatory law of synergistic effect of chemical reaction and transport on the structure and functional performance of the synthesized nanocrystals. In this project, will be control synthesized by nanocrystals with highly reactive facets, and establish the relationship of the photocatalytic performance with the meso-structures of nanocrystals.

暴露高活性晶面的纳米晶体在催化、光、电化学等方面表现出优越的物理化学性能，其难点在于其介尺度上的晶面结构及晶格取向等特征的设计和调控。本项目选择暴露高活性晶面纳米晶体高温快速制备的多相反应过程，采用实验、原位检测与模拟相结合的方法，揭示反应器尺度的温度场、浓度场和微观尺度的化学反应速率、成核生长速率协同作用对暴露高活性晶面纳米晶结构和性能的调控规律，重点阐明高温快速反应过程中介尺度结构的形成、演化、控制和耦合机制，并深入研究高温快速反应制备暴露高活性晶面纳米晶的多相反应过程中的热质传递等化工基础问题。为高转化效率、高选择性的暴露高活性晶面的光催化纳米晶材料的理性设计、可控制备提出新的科学依据。

暴露高活性晶面的纳米晶体在催化、光、电化学等方面表现出优越的物理化学性能，其难点在于其介尺度上的晶面结构及晶格取向等特征的设计和调控。本项目主要针对重大研究计划的核心关键科学问题（一）：反应器微元及微反应系统中介质、材料及表界面介尺度结构的形成机理与反应的定向调控，面向2015年度重点资助领域和研究方向（二）：材料制备过程中的介尺度问题。本项目选择暴露高活性晶面纳米晶体高温快速制备的多相反应过程，采用实验、原位检测与模拟相结合的方法，分别制备了Ti3+离子自掺杂Pt/TiO2， Mg掺杂TiO2、Co掺杂Pt/TiO2、原位表面N掺杂Pt/TiO2、多壳层Cu-CeO2空心微球等多种纳米晶催化剂，重点研究了纳米晶表面介尺度结构的形成过程、机理及其对催化性能的影响规律，建立了高活性纳米晶表面介尺度结构与应用性能之间的构效关系。为高活性晶面纳米晶的理性设计、大规模合成和制备提出新的科学依据。项目执行期间，在AIChE J、CES、IECR、Nanoscale等期刊上发表受项目资助标注的论文17篇，申请公开中国发明专利3项；培养博士研究生4人，其中1人已毕业；培养硕士研究生6人，其中2人已毕业。