徐忠宁

男， 中国科学院福建物质结构研究所， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2003.09-2007.07，西北大学，化学，学士
2007.09-2012.07，中国科学院福建物质结构研究所，物理化学，博士
2012.07-2014.12，中国科学院福建物质结构研究所，助理研究员
2015.01-2017.12，中国科学院福建物质结构研究所，副研究员
2018.01-2022.12，中国科学院福建物质结构研究所，四级研究员
2023.01-至今，中国科学院福建物质结构研究所，三级研究员

研究领域和兴趣

碳一化学纳米催化及工程应用

主要业绩

现代煤化工和工业富CO尾气的高值化利用是国家重点支持方向。十五年来，申请人紧紧围绕“CO酯化”共性关键技术进行攻关，揭示了影响CO酯化催化剂活性、选择性和稳定性的关键结构因素，提出合成酯类化学品的“CO酯化反应”新路线，开发了CO酯化制甲酸甲酯和碳酸二甲酯两项新技术，并与工程公司合作完成了两套10万吨级工艺包开发，正在与企业合作进行工业示范。
CO酯化反应过程如下：
2CO + 2CH3ONO === (CH3OCO)2 (DMO) + 2NO （1）
CO + 2CH3ONO === (CH3O)2CO (DMC) + 2NO （2）
2CO + 2CH3ONO + H2 === 2HCOOCH3 (MF) + 2NO （3）
2NO + 0.5O2 + 2CH3OH === 2CH3ONO + H2O (4)
副产物NO可以循环再利用，与CH3OH和O2在另一个反应器中反应生成原料亚硝酸甲酯（反应4）。因此，CO酯化过程是绿色的。
催化剂是CO酯化的关键核心技术。如何揭示影响催化剂性能的结构因素，并突破催化剂构建与工程化的技术瓶颈，研发出高性能、长寿命的催化剂，实现产业化是CO酯化领域的关键科学与技术问题。
十五年来，申请人及团队紧紧围绕煤化工中“CO酯化”共性关键技术进行攻关，通过结构与性能关系规律研究，深入挖掘了“CO酯化”共性关键技术的内涵：1）首次揭示并证实了活性组分Pd裸露的(111)晶面是CO酯化制草酸二甲酯反应高活性的择优晶面（ACS Catalysis 2013, 3, 118; Chemical Communications 2013, 49, 5718）；2）首次揭示了活性组分Pd的聚集状态是CO酯化产物选择性控制的关键结构基元：原子级分散的孤立态Pd活性中心有利于生成碳酸二甲酯，而聚集态Pd活性中心则有利于生成草酸二甲酯（Journal of Energy Chemistry 2022, 67, 2330; ACS Catalysis 2019, 9, 3595; Nanoscale 2020, 12, 20131, 封面）；3）揭示了载体的Lewis酸碱性和孔道结构对CO酯化产物选择性控制的影响：Lewis酸性载体有利于生成碳酸二甲酯，而Lewis碱性载体有利于生成草酸二甲酯（ACS Catalysis 2015, 5, 4255; Chemical Communications 2020, 56, 403; Catalysis Today 2018, 316, 2; Catalysis Science & Technology 2020, 10, 1699; 2017, 7, 3785; 2015, 5, 3333; 2014, 4, 1925）；Pd团簇放在UiO-66的孔道外部，高选择性生成草酸二甲酯，而放在UiO-66的孔道内部，则高选择性生成碳酸二甲酯(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311625)；4）通过载体晶格调控或引入缺陷，可形成金属-金属键，增强金属与载体之间的电子转移，有效提升催化剂稳定性（ACS Catalysis 2015, 5, 4410; Nanoscale 2020, 12, 14825; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 24856）。
在深入挖掘CO酯化共性关键技术内涵的基础上，申请人及团队开拓了CO酯化制甲酸甲酯的变革性技术（常压气相法），研发出高性能、长寿命的纳米催化剂，提出了结构导向的公斤级催化剂规模化制备策略，完成了全流程工艺1000小时单管中试。该技术通过了中国化工学会组织的科技成果评价，被委员会认为是“达到国际领先水平”的“原创”技术，获得2020年度中国化工学会基础研究成果二等奖（排名第二），获得授权中国专利9件和欧美专利2件，具有自主知识产权，经第三方评估价值3600万元，企业投资5400万元，成立合资公司；与中石化广州（洛阳）工程有限公司合作完成了10万吨级工业生产工艺包开发，克服了德国巴斯夫技术（高压液相法）对原料纯度要求高、设备腐蚀、反应压力高、生产不连续等问题，生产成本比巴斯夫技术低约20%，税后内部收益率高达47%，竞争优势显著。正在与内蒙古新能能源有限公司和久泰能源（鄂尔多斯）有限公司合作进行工业示范。
针对CO酯化制碳酸二甲酯技术（气相羰基化法），申请人及团队提出了CO酯化制碳酸二甲酯金属活性位与Lewis酸位点协同催化的机理，颠覆了仅金属为活性位的传统认识，并解决了无氯催化剂的稳定性难题，开发出性能指标处于国际领先水平的无氯催化剂，完成了3500多小时全流程工艺单管中试，与中石化广州（洛阳）工程有限公司合作完成了10万吨级生产工艺包开发，克服了日本宇部公司含氯催化剂存在的氯流失、设备腐蚀、产品含氯等问题，税后内部收益率高达38%，竞争优势显著。正在与胜华新材料集团股份有限公司（投资单管中试500万元，占总技术股权的5%）和内蒙古双欣能源化工有限公司合作进行工业示范。
CO酯化技术有望促进草酸二甲酯、碳酸二甲酯、甲酸甲酯产业的升级换代，推动我国化工产业高质量发展。

代表成果

1. Zhong-Ning Xu, Jing Sun, Chen-Sheng Lin, Xiao-Ming Jiang, Qing-Song Chen, Si-Yan Peng, Ming-Sheng Wang, Guo-Cong Guo*. High-Performance and Long-Lived Pd Nanocatalyst Directed by Shape Effect for CO Oxidative Coupling to Dimethyl Oxalate. ACS Catalysis, 2013, 3, 118-122. DOI: 10.1021/cs300759h.
2. Si-Yan Peng, Zhong-Ning Xu*, Qing-Song Chen, Zhi-Qiao Wang, Dong-Mei Lv, Jing Sun, Yumin Chen, Guo-Cong Guo*. Enhanced Stability of Pd/ZnO Catalyst for CO Oxidative Coupling to Dimethyl Oxalate: Effect of Mg2+ Doping. ACS Catalysis, 2015, 5, 4410-4417. DOI: 10.1021/acscatal.5b00365.
3. Zhi-Qiao Wang, Zhong-Ning Xu*, Si-Yan Peng, Ming-Jian Zhang, Gang Lu, Qing-Song Chen, Yumin Chen, Guo-Cong Guo*. High-Performance and Long-Lived Cu/SiO2 Nanocatalyst for CO2 Hydrogenation. ACS Catalysis, 2015, 5, 4255-4259. DOI: 10.1021/acscatal.5b00682.
4. Hong-Zi Tan, Zhe-Ning Chen, Zhong-Ning Xu*, Jing Sun, Zhi-Qiao Wang, Rui Si, Wei Zhuang,* Guo-Cong Guo*. Synthesis of high-performance and high-stability Pd(II)/NaY catalyst for CO direct selective conversion to dimethyl carbonate by rational design. ACS Catalysis, 2019, 9, 3595-3603. DOI: 10.1021/acscatal.9b00286.
5. Zhi-Qiao Wang, Jing Sun, Zhong-Ning Xu*, and Guo-Cong Guo*. CO direct esterification to dimethyl oxalate and dimethyl carbonate: the key functional motifs for catalytic selectivity. Nanoscale, 2020, 12, 20131–20140. DOI: 10.1039/d0nr03008b.
6. Kai-Qiang Jing, Yu-Qing Fu, Zhe-Ning Chen, Teng Zhang, Jing Sun, Zhong-Ning Xu*, and Guo-Cong Guo*. Boosting Interfacial Electron Transfer between Pd and ZnTi-LDH via Defect Induction for Enhanced Metal-Support Interaction in CO Direct Esterification Reaction. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 24856–24864. DOI: 10.1021/acsami.1c04523.
7. Hong-Zi Tan, Zhe-Ning Chen, Kai-Qiang Jing, Jing Sun, Yu-Ping Xu, Ning-Ning Zhang, Zhong-Ning Xu*, Guo-Cong Guo*. Paired-Pd(II) centers embedded in HKUST-1 framework: Tuning the selectivity from dimethyl carbonate to dimethyl oxalate. Journal of Energy Chemistry, 2022, 67, 233-240. DOI: 10.1016/j.jechem.2021.09.033.
8. Shuaishuai Hu, Chenfan Xie, Yu-Ping Xu, Xuelu Chen, Ming-Liang Gao, He Wang, Weijie Yang*, Zhong-Ning Xu*, Guo-Cong Guo, and Hai-Long Jiang*. Selectivity Control in the Direct CO Esterification over Pd@UiO-66: The Pd Location Matters. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311625 (VIP, 前封面). DOI: 10.1002/anie.202311625.
9. Zhong-Ning Xu, Guo-Cong Guo, Ming-Sheng Wang, Yuan-Gen Yao; Preparation process of nanocatalysts with (111) crystal facet exposed and process for vapour-phase CO oxidative coupling to oxalate; 2014, US14/300,976; 2016, US9463444B2.
10. Zhong-Ning Xu, Guo-Cong Guo, Si-Yan Peng, Zhi-Qiao Wang, Qing-Song Chen, Ming-Sheng Wang, Yuan-Gen Yao; A process for vapor-phase methanol carbonylation to methyl formate, a catalyst used in the process and a method for preparing the catalyst; 2016, 15/110,072; 2018, US9944587B2.

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