【正文】 著重分析活性金屬的類型和尺寸、載體的孔道結構以及助劑對CO的吸附模式、反應中間體的形成、鏈增長和鏈終止過程的影響，從本質上揭示合成氣轉化各過程的有關組分作用機理、反應途徑和產(chǎn)物分布的控制因素，為合成氣轉化過程的高效催化劑的設計和研制提供科學基礎。? 總結規(guī)律，完成1立升模試1000小時運轉，完成產(chǎn)品測試，實現(xiàn)催化劑的初步定型，撰寫文章與結題報告。C下的動態(tài)高溫常壓原位表征技術，確定甲烷活化的反應機理，催化劑結構和性能的關系；進一步拓展納米催化劑上甲烷(低碳烷烴)活化和轉化的研究，進一步拓展在制備納米催化劑和建立納米結構與催化性能方面的關聯(lián)。? 建立產(chǎn)物詳細分析方法，建立動力學參數(shù)測試方法，評價催化劑，得到基元反應的動力學參數(shù)，完成費托合成動力學及其傳遞特性研究，獲得本征動力學和傳遞對動力學影響的各種動力學參數(shù)，建立動力學模型；進行Rh合成催化劑性能的改進: 重點考察催化劑的制備方法對反應活性, 選擇性以及穩(wěn)定性的規(guī)律性認識； 非常規(guī)的制備手段來提高貴金屬的分散狀態(tài)，制備模型催化劑來研究貴金屬分散狀態(tài)與催化性能之間關系，提高對催化劑的結構與反應性能規(guī)律的認識。這些研究將與本項目的其它反應過程相配合，重點開展納米催化理論、納米孔道對催化反應的約束機制、催化劑表面氧物種的形成和催化作用機制以及結構導向的催化材料合成等研究，其研究成果一方面為推動本項目的各課題的研究提供解釋和理論基礎，同時更好地促進催化理論，特別是高溫催化理論的發(fā)展。據(jù)預計，高度對稱的甲烷分子的CH鍵在溫和條件下的活化須借助非常規(guī)或非化學催化的辦法。在Co基合成油研究中，重點將集中在采用納米技術調變催化劑的選擇性，降低合成氣生成副產(chǎn)物甲烷的選擇性；另一方面采用納米孔材料調控產(chǎn)物的碳數(shù)分布，從理論上打破SchulzFlore分布的限制，從而做到多產(chǎn)柴油和簡化產(chǎn)品的后處理。本項目擬拓展已結題的“973”項目中透氧膜材料研究的成果，與催化氧化和電極過程動力等基礎相結合，進行高溫固體氧化物燃料電池的研究。已經(jīng)過廣泛研究，甲烷部分氧化是被普遍看好的替代過程。研究成果發(fā)表SCI論文不少于400篇，申報專利大于80件，并爭取出版專著介紹研究成果。除了眾多復雜的工程問題以外，相關過程能否走向工業(yè)化要解決的關鍵科學問題是調變和研制催化劑體系，發(fā)展新一代催化劑，提高過程的選擇性。主要研究內(nèi)容包括天然氣制備合成氣及大規(guī)模制氫和CO2捕獲基于合成氣和天然氣燃料的高溫燃料電池、合成氣的高效轉化、天然氣直接轉化等過程的催化基礎科學問題。它們包括：發(fā)展和完善毫秒、微秒量級的結構靈敏的表征手段，測定反應條件下催化劑和中間體的結構隨反應進程的變化，實現(xiàn)真實催化過程二維或三維特性的現(xiàn)場表征，尤其是催化中間態(tài)的結構和反應動力學，并充分利用我國已發(fā)展的同步幅射裝置，進行催化劑結構的XAFS分析，以發(fā)展和完善甲烷等小分子催化活化的動態(tài)反應理論。這一概念將在認識催化原理、發(fā)展催化理論乃至開發(fā)新催化劑中發(fā)揮重要的作用。事實上，催化研究在它的一開始就廣泛涉及到納米尺度問題。 nm的鈷的不僅反應活性高且不生成C20以上產(chǎn)物，相反10 nm的鈷的C20以上產(chǎn)物占20%。合成氣催化轉化機理的基本科學問題，如CO的吸附活化模式、控制鏈引發(fā)、鏈增長（CC鍵的形成）和鏈終止（產(chǎn)物形成）的關鍵因素等仍然不明確或尚存在爭議，亟待深入研究。項目名稱：天然氣及合成氣高效催化轉化的基礎研究首席科學家：包信和 起止年限：依托部門：中國科學院一、研究內(nèi)容總體設想本項目主要研究甲烷（組成天然氣的主要成分）的高效活化和定向轉化、由天然氣或煤制備得到的合成氣（CO2和H2 ）的選擇轉化及其催化科學和技術發(fā)展涉及的重要基礎問題。同時這些問題又與催化劑中的各組分，包括活性金屬、載體以及助劑的作用的本質密切相關。從反應機理層次上看，針對催化材料中活性中心結構及其所處環(huán)境是如何影響反應的基元步驟、主導反應途徑并進而控制反應的活性和選擇性的研究還不成熟。人們很早就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，催化反應往往不能在整體（Bulk）金屬表面發(fā)生，而催化問題也不是一個單分子或單原子問題。為此，本項目將針對甲烷活化的高溫反應特性和合成氣轉化的高選擇性的特點，投入足夠的力量研究開發(fā)包括納米負載的強酸性催化材料、高溫催化材料、多孔催化材料以及膜分離和膜催化材料等在內(nèi)的新技術。(3) 催化反應過程的理論模擬和反應動力學描述催化科學的進展不僅取決于新催化材料研制和新實驗技術的應用，還需要借助以量子化學為主的理論方法，解釋和分析實驗結果，進而闡明催化作用的本質。1. 甲烷直接高效轉化基于國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和對不同過程的經(jīng)濟評估結果的分析，結合我國國情和已結題的“973”項目研究成果，本項目確定的甲烷直接催化轉化研究戰(zhàn)略為：. 采用絕熱和氧分布器技術的甲烷部分氧化反應努力完善已有較好積累并可能在近年內(nèi)產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益的采用絕熱和氧分布器技術的甲烷部分氧化反應制備廉價合成氣過程。這些問題的最終解決依賴于從理論上對這些轉化過程的完整了解。三、研究方案總體研究方案項目的總體思路和主要研究內(nèi)容天然氣和由天然氣或煤制得的合成氣的高效轉化長期以來一直是能源和化學化工領域最富挑戰(zhàn)性的研究課題，具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。與水蒸氣重整相比，部分氧化反應過程具有能耗低、效率高等特點，但由于工藝中需要純氧，造成了過程的高投資，也降低了過程的安全性。根據(jù)國內(nèi)外技術發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，在項目執(zhí)行初期擬首先進行合成氣為燃料的高溫電池研究，在取得經(jīng)驗的基礎上，逐步過渡到直接采用天然氣驅動高溫電池。3天然氣直接轉化的研究方案和技術路線甲烷轉化的另一個非常有吸引力的途徑是直接轉化生成目的產(chǎn)物。本項目擬在對常規(guī)的強酸介質中的催化過程進一步研究的基礎上，積極發(fā)揮我國現(xiàn)有的優(yōu)勢和特色，開展非常規(guī)條件下甲烷活化的基礎研究和前期探索，以期獲得突破。本項目研究從天然氣和合成氣的高效催化轉化研究入手，同時瞄準國內(nèi)能源結構優(yōu)化的大方向。? 重點完成甲烷無氧芳構化和氧化偶聯(lián)過程耦合的概念驗證和初步試驗；? 利用DFT，Monte Carlo 和MD等理論方法設計催化材料合成和結構性能控制的