过渡金属掺杂管状rGO载Pd复合结构的可控合成及催化性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51764030
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    38.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Transition metal-doped tubular reduced graphene oxide (rGO) can improve the characteristic of rGO support, which can be seen as a new support of Pd-based catalyst in proton exchange membrane fuel cells and has important academic and practical value. In our proposed work, graphene oxide and transition metal ions are co-reduced by electronchemical method. After the tubular reduced graphene oxide support doped with transition metal is controllably synthesized, small Pd nanoparticles are loaded on the surface of the support. Consequently, the tubular M-rGO/Pd catalysts are obtained. The formation mechanism and control synthesis of M-doped rGO network structure with “C-O-M” bond will be researched. M-doped structure (doping sites, bonding, chemical states, etc.) and rGO structure (multilayer or stack, crystal structure, sp2 bond structure, etc.) will be characterized and analyzed. The comprehensive relationship will be further researched, including the adsorption and desorption properties of the catalyst, reaction paths in electrochemical process, electro-catalytic performance, and the relationship among the adsorption energy, charge transfer, energy band and state density in theoretical simulation. The relationship of d electron transfer, rGO electronic structure change and the interaction among M-rGO-Pd will be researched systematically. Finally, the mechanism on rGO and Pd by adjusting d electronic structure of Pd, improvement support performance, and enhance Pd electrocatalystic will be explored. Finally, the mechanism on the improvement of electrocatalytic performance, which is caused by the interactions among transition metal, rGO and Pd by adjusting d electronic structure of Pd, will be explored. This project will be great helpful in providing the technical support and theory basis for the development of new catalyst with tubular M-rGO support in the future.
利用过渡金属(M)对还原氧化石墨烯(rGO)掺杂并构建管状结构,可改善石墨烯的载体特性,以其作为碱性质子交换膜燃料电池Pd基催化剂的新型载体具有重要的学术与应用价值。本项目采用电化学法使GO与M离子共还原,借助模板可控合成管状M-rGO并负载小尺寸Pd粒子,获得管状M-rGO/Pd复合催化剂。研究M以“C-O-M式”化学键在rGO网状结构中掺杂的形成机理与结构控制方法;对M掺杂结构(掺杂位、键合方式、化学状态等)、rGO结构(多层或叠层、结晶结构、sp2键结构)等进行表征与测试,结合电化学过程吸脱附性能、反应路径、催化性能、以及理论模拟计算中吸附能、电荷转移、能带和态密度等,深入分析Pd的d电子转移、rGO电子结构变化、M-rGO-Pd三者之间构效关系等,探究过渡金属掺杂管状rGO对调整电子结构、改善载体特性、促进Pd催化性能提高的机制,为开发rGO基新型载体催化剂提供技术支持与理论依据。

结项摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有很好的应用前景,然而,高的制造成本和缓慢的反应动力学过程限制了Pt 基催化剂在PEMFC 中的大规模商业化应用,低成本、高性能的非铂催化剂是未来发展PEMFC 催化剂的重要研究方向。由于Pd 在碱性介质中具有较Pt更好的抗CO 中毒性能,Pd基纳米复合催化剂已成为研发碱性PEMFC 非铂催化剂的首选。众所周知,将小尺寸的纳米粒子均匀负载在具有巨大比表面积和良好导电性的载体上可有效降低成本、提高催化活性和改善催化稳定性。因此,寻求理想的新型载体并在表面均匀负载适宜尺寸的催化剂纳米粒子一直是PEMFC的研究重点。本项目通过过渡金属掺杂rGO,利用过渡金属离子与GO发生电化学共还原,或通过水热还原法将过渡金属离子以过渡金属氧化物的形式负载,可控合成了具有高催化性能的过渡金属掺杂(或氧化物改性)rGO载Pd(或Pt)的复合结构催化剂,获得了可控合成这些催化剂的方法;主要开展了以下几个方面的研究:(1)电化学沉积法制备过渡金属M(Fe、Co、Ni等)掺杂的rGO载Pd复合结构催化氧化甲醇的研究;(2)管状Pt-rGO、过渡金属掺杂的rGO载Pd复合结构催化剂的合成及电催化性能研究;(3)Pd/TMxOy-rGO/CFP (TMxOy = Co3O4, Mn3O4, Ni(OH)2)催化剂的制备及电催化性能研究。结果表明:TMxOy不仅可诱导分散Pd纳米粒子在载体TMxOy-rGO表面的锚定,而且显著增强载体TMxOy-rGO与Pd纳米粒子之间的电子效应,进而有效提高了催化剂的催化活性;修饰在rGO表面的TMxOy,相对于Pd更易吸附CO等中间产物,可以减弱催化剂的中毒;阐明了因过渡金属掺杂引起rGO电子结构、载体特性改变,促进活性成分Pd电子转移从而提高电催化性能的机制,为开发低成本、高性能“M-rGO/Pd”新型电催化剂提供技术支持和理论依据。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
One-pot synthesis of PdM/RGO (M=Co, Ni, or Cu) catalysts under the existence of PEG for electro-oxidation of methanol
PEG存在下一锅法合成PdM/RGO(M=Co、Ni或Cu)催化剂用于甲醇电氧化
  • DOI:
    10.1007/s11051-018-4283-6
  • 发表时间:
    2018-07-13
  • 期刊:
    JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Ji, Jinmei;Dong, Peng;Xu, Mingli
  • 通讯作者:
    Xu, Mingli
Enhanced electrocatalytic activity of palladium nanochains by modifying transition metal core-shell nanoparticles (TMcore-shell = Ni@NiO, Co@CoO) on reduced graphene oxide for methanol electro-oxidation
通过在还原氧化石墨烯上修饰过渡金属核壳纳米颗粒(TMcore-shell = Ni@NiO,Co@CoO)增强钯纳米链的电催化活性,用于甲醇电氧化
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.134688
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Qiugu He;Qiao Zhang;Xikun Yang;Chengxu Zhang;Xiaoyuan Zeng;Jin Shi;Mian Li;Yingjie Zhang;Mingli Xu
  • 通讯作者:
    Mingli Xu
Bottom-Up Construction of Active Sites in a Cu-N4-C Catalyst for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction
Cu-N-4-C 催化剂中自下而上构建高效氧还原反应的活性位点
  • DOI:
    10.1021/acsnano.8b08692
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    ACS NANO
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Li, Wei;Min, Chungang;Yang, Xikun
  • 通讯作者:
    Yang, Xikun
PdMn and PdFe nanoparticles over a reduced graphene oxide carrier for methanol electro-oxidation under alkaline conditions
还原氧化石墨烯载体上的 PdMn 和 PdFe 纳米颗粒用于碱性条件下的甲醇电氧化
  • DOI:
    10.1007/s11581-019-03343-4
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    IONICS
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    He, Qiugu;Ji, Jinmei;Xu, Mingli
  • 通讯作者:
    Xu, Mingli
The Enhanced Electro-catalytic Performance of Au@Pd Nanoparticles Self-assembled on Fluorine-Modified Multi-walled Carbon Nanotubes for Methanol Oxidation
氟改性多壁碳纳米管自组装Au@Pd纳米粒子增强甲醇氧化电催化性能
  • DOI:
    10.1007/s10562-018-2511-4
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Catalysis Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhenhua Jin;Jinmei Ji;Qiugu He;Xikun Yang;Yingjie Zhang;Mingli Xu
  • 通讯作者:
    Mingli Xu

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其他文献

Pt-Ni合金/多壁碳纳米管作为直接甲醇燃料电池阳极材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Hot Working Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    熊亮;杨喜昆;徐明丽
  • 通讯作者:
    徐明丽
燃料电池非贵金属催化剂研究概述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    热加工工艺
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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碳纳米管载体改性条件对Pt纳米粒子电催化氧化性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐明丽;段奔;张英杰;杨国涛;董鹏;夏书标;杨显万
  • 通讯作者:
    杨显万
纳米有序结构制备技术现状
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨勇彪;张正富;陈庆华;徐明丽;马全宝
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多孔阳极氧化铝薄膜的应用进展
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马全宝;张正富;杨显万;徐明丽;杨勇彪;陈庆华
  • 通讯作者:
    陈庆华

其他文献

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徐明丽的其他基金

核壳结构纳米粒子与改性碳纳米管相互作用促进电催化性能提高的载体效应研究
  • 批准号:
    51164017
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    52.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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