NSF-DFG EChem: Surface Stability and Oxygen Defect Chemistry of Pyrochlore and Related High-Performing Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction

NSF-DFG EChem:烧绿石及相关高性能析氧反应电催化剂的表面稳定性和氧缺陷化学

基本信息

  • 批准号:
    2055734
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-15 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

When hydrogen is used as fuel for transportation and stationary power applications, water is the only major byproduct. Thus, hydrogen as a small molecule fuel can play an important role in our nation’s and global energy transitions to carbon-neutral, sustainable societies. Hydrogen is also a commodity chemical to make a range of products, such as ammonia, which is used as fertilizer for food production and other applications. Currently, production of hydrogen through splitting water molecules using electricity is energy intense and not cost effective. Major technological advancement is required to reduce the energy burden of producing hydrogen. The goal of this proposal is to address the technical challenges through understanding the detailed principles of how water-splitting reactions occur and how to design electrode materials for the generation of green hydrogen. To achieve this goal, the team will examine how the catalyst materials used in the device work under hydrogen production conditions and what structural changes occur within the electrode materials. These results will help to create new materials with enhanced efficiency for hydrogen production using less electricity and at scale. This project will also train students with diverse backgrounds through the Illinois Scholars Undergraduate Research and other programs to increase their retention in STEM fields and ensure they will have the technical expertise to be part of the highly skilled future workforce.Development of precious metal-free, stable, and active electrocatalysts is needed for electrochemical generation of hydrogen through direct water splitting by low-temperature polymer electrolyte membrane (PEM)-based electrolyzers. There are several key challenges, and at its core, the issue lies in the lack of understanding of surface atomic and electronic structures and their impacts on the electrocatalysis, especially under reactive conditions. The interdisciplinary team from the University of Illinois at Urbana-Champaign and Technical University of Darmstadt in Germany will tackle this critical issue. The project encompasses the following three focused areas: 1) examining the structure-property relationships of OER electrocatalysts made of pyrochlore oxides, 2) developing a new framework for studying in situ electrocatalysts using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) under realistic reaction conditions, and 3) studying the defect chemistry and its effect on electrocatalytic properties. The project will uncover new structure-property relationships; reveal new design principles for making stable, active OER electrocatalysts; and train able students in multidisciplinary environments with skills for global outreach.This project was awarded through the “NSF-DFG Lead Agency Activity in Electrosynthesis and Electrocatalysis (NSF-DFG EChem)" opportunity, a collaborative solicitation that involves the National Science Foundation and Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
当氢用作运输和固定电力应用的燃料时,水是唯一的主要副产品,因此,氢作为小分子燃料可以在我们国家和全球向碳中性、可持续社会的能源转型中发挥重要作用。也是一种生产一系列产品的商品化学品,例如用作食品生产和其他应用的肥料。​​目前,通过利用电力分解水分子来生产氢气是能源密集型的,并且不具有成本效益。需要减少能量该提案的目标是通过了解水分解反应如何发生的详细原理以及如何设计用于产生绿色氢气的电极材料来解决技术挑战。为了实现这一目标,该团队将进行研究。该设备中使用的催化剂材料在制氢条件下如何工作,以及电极材料会发生哪些结构变化,这些结果将有助于创造新材料,以更少的电力和规模生产更高的制氢效率。通过伊利诺伊州学者本科生研究和其他项目,具有不同的背景提高他们在 STEM 领域的保留率,并确保他们拥有成为高技能未来劳动力的一部分的技术专业知识。通过低浓度直接分解水电化学产生氢气需要开发不含贵金属、稳定且活性的电催化剂。基于聚合物电解质膜(PEM)的电解槽存在几个关键挑战,其核心问题在于缺乏对表面原子和电子结构及其对电催化的影响的了解,特别是在反应条件下。来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和德国达姆施塔特工业大学的跨学科团队将解决这一关键问题,该项目包括以下三个重点领域:1)研究由烧绿石氧化物制成的 OER 电催化剂的结构-性能关系,2。 ) 开发一个新框架,用于在实际反应条件下使用 X 射线光电子能谱 (XPS) 研究原位电催化剂,以及 3) 研究缺陷化学及其该项目将揭示新的结构-性能关系;揭示制造稳定、活性 OER 电催化剂的新设计原理;并在多学科环境中培养具有全球推广技能的学生。电合成和电催化牵头机构活动 (NSF-DFG EChem)”机会,这是一项涉及美国国家科学基金会和德国研究协会 (DFG) 的合作招标。该奖项通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,NSF 的法定使命被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mixed B-site ruddlesden-popper phase Sr2(Ru Ir1-)O4 enables enhanced activity for oxygen evolution reaction
混合 B 位 ruddlesden-popper 相 Sr2(Ru Ir1-)O4 可增强析氧反应的活性
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2022.02.051
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Wang, Fangfang;Zhang, Cheng;Yang, Hong
  • 通讯作者:
    Yang, Hong
Phase Transition of SrCo0.9Fe0.1O3 Electrocatalyst and Their Effects on Oxygen Evolution Reaction
SrCo0.9Fe0.1O3电催化剂的相变及其对析氧反应的影响
  • DOI:
    10.1002/sus2.72
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhang, Cheng;Wang, Fangfang;Batool, Mariam;Xiong, Beichen;Yang, Hong
  • 通讯作者:
    Yang, Hong
Design principles for the synthesis of platinum–cobalt intermetallic nanoparticles for electrocatalytic applications
用于电催化应用的铂钴金属间纳米粒子的合成设计原理
  • DOI:
    10.1039/d3cc00590a
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Yu, Siying;Yang, Hong
  • 通讯作者:
    Yang, Hong
Regulating the electronic structures of mixed B-site pyrochlore to enhance the turnover frequency in water oxidation
调节混合B位烧绿石的电子结构以提高水氧化中的周转频率
  • DOI:
    10.1186/s40580-022-00311-z
  • 发表时间:
    2022-05-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.7
  • 作者:
    Zhang C;Wang F;Xiong B;Yang H
  • 通讯作者:
    Yang H
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Hong Yang其他文献

Phosphorylation of p53 on Key Serines Is Dispensable for Transcriptional Activation and Apoptosis*♦
p53 在关键丝氨酸上的磷酸化对于转录激活和细胞凋亡来说是可有可无的*…
  • DOI:
    10.1074/jbc.m410233200
  • 发表时间:
    2004-12-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Thelma O Thompson;C. Tovar;Hong Yang;D. Carvajal;B. Vu;Qunli Xu;G. Wahl;D. Heimbrook;L. Vassilev
  • 通讯作者:
    L. Vassilev
Mouse species-specific control of hepatocarcinogenesis and metabolism by FGF19/FGF15.
FGF19/FGF15 对小鼠物种特异性肝癌发生和代谢的控制。
  • DOI:
    10.1016/j.jhep.2017.01.027
  • 发表时间:
    2017-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    25.7
  • 作者:
    Mei Zhou;Jian Luo;Michael Chen;Hong Yang;R. Learned;A. DePaoli;H. Tian;L. Ling
  • 通讯作者:
    L. Ling
Prospective clinical study on natural history of discogenic low back pain at 4 years of follow-up.
4 年随访时椎间盘源性腰痛自然史的前瞻性临床研究。
  • DOI:
    10.1016/s0031-9406(05)61250-3
  • 发表时间:
    2012-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    B. Peng;Xiaobing Fu;X. Pang;Duan;Weiwei Liu;Chun;Hong Yang
  • 通讯作者:
    Hong Yang
How does early ultrasound scan estimation of gestational age lead to higher rates of preterm birth?
早期超声扫描估计胎龄如何导致更高的早产率?
  • DOI:
    10.1067/mob.2002.120487
  • 发表时间:
    2002-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Hong Yang;M. Kramer;R. Platt;B. Blondel;G. Bréart;I. Morin;R. Wilkins;R. Usher
  • 通讯作者:
    R. Usher
Nurse-rated good death of Chinese terminally ill patients with cancer: A cross-sectional study.
中国绝症癌症患者的护士评价良好死亡:一项横断面研究。
  • DOI:
    10.1111/ecc.13147
  • 发表时间:
    2019-08-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Hong Yang;Yuhan Lu;X. Hou;Ren;Yun Wang;Li Liu;Y. Gu;Hongyu Sun
  • 通讯作者:
    Hongyu Sun

Hong Yang的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Hong Yang', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: ELET2: Engaged Learning Environment for Emerging Transportation Technologies
合作研究:ELET2:新兴交通技术的参与式学习环境
  • 批准号:
    2315451
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
P2C2: Collaborative Research: The consumption rate of a CO2 pulse: Lessons from the middle Miocene
P2C2:协作研究:二氧化碳脉冲的消耗率:中新世中期的教训
  • 批准号:
    1804511
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Structure and Catalytic Property Relationship of Core-Shell Metal Nanoparticles
核壳金属纳米粒子的结构与催化性能关系
  • 批准号:
    1213926
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Multicomponent Core-Shell Nanoparticles as Precursors to Ordered Nanocomposites
职业:多组分核壳纳米粒子作为有序纳米复合材料的前体
  • 批准号:
    0449849
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NER: Bio-inspired Synthesis of Novel Porous Carbon Nanotubes
NER:新型多孔碳纳米管的仿生合成
  • 批准号:
    0508293
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SGER: Direct Synthesis of L10 Phase FePt Nanoparticles Using Supercritical Fluids
SGER:使用超临界流体直接合成 L10 相 FePt 纳米颗粒
  • 批准号:
    0417722
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于光纤激光的DFG红外频率梳光源关键问题的研究
  • 批准号:
    61250017
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
基于可编程光纤激光器与有机非线性晶体的光纤太赫兹融合系统研究
  • 批准号:
    61107087
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于DFG-out型VEGFR/FGFR双重抑制剂的设计、合成及血管生成抑制活性的研究
  • 批准号:
    21172265
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
可调谐单频中红外激光器和生物气体同位素的检测研究
  • 批准号:
    60878063
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
40Gbit/s高速全光码型转换的新机理和新技术研究
  • 批准号:
    60577006
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    7.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

NSF-DFG EChem: CAS: Mechanistic Interrogation of Electrocatalytic Hydrogen Evolution by an Artificial Hydrogenase
NSF-DFG EChem:CAS:人工氢化酶电催化析氢的机械询问
  • 批准号:
    2346885
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-DFG Echem: CAS: Electrochemical Pyrrolidone Synthesis: An Integrated Experimental and Theoretical Investigation of the Electrochemical Amination of Levulinic Acid (ElectroPyr)
NSF-DFG Echem:CAS:电化学吡咯烷酮合成:乙酰丙酸 (ElectroPyr) 电化学胺化的综合实验和理论研究
  • 批准号:
    2140374
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-DFG Echem: Electrochemically enhanced low-temperature catalytic ammonia synthesis
NSF-DFG Echem:电化学增强低温催化氨合成
  • 批准号:
    2140971
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-DFG Echem: CAS: Hydrofunctionalization of Alkenes by non-Redox Paired Electrocatalysis
NSF-DFG Echem:CAS:通过非氧化还原配对电催化对烯烃进行氢官能化
  • 批准号:
    2055451
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-DFG Echem: Elucidating Surface Structure Contribution of Facets, Steps and Kinks in Electrocatalysis of the Oxygen Evolution and Reduction Reactions
NSF-DFG Echem:阐明面、台阶和扭结在析氧和还原反应电催化中的表面结构贡献
  • 批准号:
    2139971
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了