纳米碳纤维模板法调控构筑柴油车排放碳黑颗粒净化用催化剂

碳黑颗粒是柴油车排放的主要污染物之一, 己对城市大气和公众健康造成了很大的威胁, 并且随着汽车柴油化的日益加快, 这一趋势将更加突出, 因此控制和消除柴油车尾气碳黑颗粒的排放具有十分重要的意义。本项目拟定采用纳米碳纤维模板法调控制备出具有优异的催化氧化碳黑颗粒反应性能的纤维状纳米多孔金属复合氧化物（以钙钛矿和尖晶石型复合氧化物为代表）, 该法可以实现将纤维状纳米金属复合氧化物固化在各种有序结构的宏观基体材料上, 进而得到宏观基体与微观颗粒复合的多孔材料, 研究表明该类材料具有很强的吸附和催化性能, 可以规避使用传统纳米粉末催化剂所带来的各种弊端, 能更为有效地降低柴油车尾气中碳黑颗粒的排放, 因而具有潜在的实际应用前景。本项目不仅确定了一种高性能、低成本、高可靠性的复合材料制备新方法, 为新材料制备指明方向, 同时也为设计和研制新型高效的柴油车尾气颗粒捕集器奠定一定的实验和理论基础。

项目按计划进行，进展顺利，已经顺利完成原预定指标。本项目发展了一种有序结构定向催化生长纳米碳纤维的制备技术，实现了纳米碳纤维的低成本、高纯度、批量化和定向可控性生长；开发并优化采用纳米碳纤维法调控制备出具有优异催化氧化碳黑颗粒反应性能的纳米多孔钙钛矿型复合氧化物，该法实现了将纤维状纳米多孔钙钛矿型复合氧化物固化在有序结构的宏观基体材料上，得到宏观基体与微观颗粒相复合的多孔材料。通过探究材料与催化反应性能之间的构效关系，筛选并设计得到高活性、高稳定性的碳黑颗粒氧化催化剂。研究结果表明该类材料具有很强的催化氧化碳黑颗粒的反应性能，可以规避使用传统纳米粉末催化剂所带来的各种弊端（如压力降和热传递问题、以及接触效率低和催化剂难于分离等），能更为有效地降低柴油车尾气中碳黑颗粒的排放，因而具有潜在的应用前景。本项目研究成果可以为研制新型高效的柴油车尾气碳黑颗粒氧化催化剂奠定一定的理论和实验基础。在本项目资助下，项目主持人目前已经发表SCI学术论文10篇（其中第一作者兼通讯作者7篇）；以第一发明人申请国家发明专利5项（授权1项）；同时作为项目主持人获得上海市浦江人才计划项目1项，教育部留学回国人员启动基金1项以及上海市教育委员会科研创新重点项目1项。