CO电催化氧化的形核表面层模型与非线性谱学分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21403029
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0201.基础理论与表征方法
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

A thorough understanding of the CO electro-catalytic oxidation mechanism and its proper mathematical description are the keys for the system diagnostics and control as well as the electro-catalyst selection and optimization for fuel cells. In this study, a nucleation–surface layer (N&SL) model is put forward for the CO electro-catalytic oxidation to solve a dilemma confronted by the Langmuir-Hinshelwood mechanism with respects to simulations of the electrode kinetics and arguments for the temporal-spatial distribution of the adsorbents. The core assumption of the N&SL model is an active layer, that contains CO and H2O, exists on the electrode surface. The CO and H2O are supposed to react with adsorbents OHads and COads via an Eley-Rideal mechanism, respectively. Above dilemma is then successfully solved by the OHads mobility independent kinetics of the N&SL model. By means of simulation, the role of the OHads nucleation and its oxidation will be emphatically analyzed for the CO electro-catalytic oxidation processes. The nonlinearity of the N&SL model will be simulated using a new nonlinear spectroscopy method – total harmonic distortion (THD) spectroscopy. To support the N&SL mechanism, existence of the active layer will be examined experimentally. Moreover, with the help of comparisons to the simulation, CO striping cyclic voltammetry and THD response of the CO electro-catalytic oxidation will be characterized experimentally to verify the reliability of the N&SL model. Therefore, results from this study can promote the application of nonlinear spectroscopy methods in the research of the electrode kinetics.
在燃料电池领域,对CO电催化氧化机理的深入认识及正确表述,已成为实现系统诊断与控制及优选电催化材料的关键。本项目针对CO氧化的Langmuir-Hinshelwood机理在模拟电极过程与解释表面吸附物时空分布中面临的两难,提出形核表面层(N&SL)模型。该模型的核心是假设电极表面存在活性分子层,其中的CO和H2O分别与表面吸附物OHads和COads发生Eley-Rideal型反应。由于电极动力学与OHads的表面流动性无关,合理解释了上述的两难。拟通过数值模拟,考察OHads的形核模式与氧化过程在CO氧化中的贡献,并运用新的非线性谱学方法——总谐波失真(THD)谱描述N&SL模型的非线性特征。通过实验研究,探明活性分子层存在的可能性,并对CO在系列铂电极表面的溶出伏安及THD谱进行表征,最终经与模拟结果比较,验证N&SL机理的可靠性。研究结果可推动非线性谱学方法在电极动力学研究中的应用。

结项摘要

在燃料电池领域,对CO电催化氧化机理的深入认识及正确表述,是实现燃料电池系统诊断与控制以及优选电催化材料的关键。本项目针对CO氧化的Langmuir-Hinshelwood(LH)机理在模拟电极过程与解释表面吸附物时空分布中面临的两难,提出CO氧化的形核表面层(N&SL)模型;并采用新一代的电化学谱学分析方法——总谐波失真(THD)谱考察电极过程的非线性特征,通过对比THD谱的数值模拟结果和实验表征结果来识别CO电催化氧化机理。研究结果表明:相比于基于均匀场近似与基于形核增长理论的LH机理,由N&SL机理描述的CO氧化THD谱的数值模拟结果与实验结果更为接近,证实了CO氧化N&SL机理模型的可行性。为进一步拓展THD谱在电化学领域中的应用,同样应用数值模拟与实验比较研究了COads作为中间产物的甲醇氧化动力学的线性与非线性频率响应。研究结果表明:在PtRu/C表面,甲醇氧化的Karauman-Fremkin/Termkin机理更接近真实,且THD谱对于Ru流失的诊断具有突出优势。项目研究中,Pt表面水的电化学解离被发现同是CO和甲醇电催化氧化的速率控制步骤。为深入理解这一基元反应,我们提出了电化学析氢反应(HER)的“离子氛”模型以量化碱金属离子与电催化材料对HER的协同作用机制;并基于该反应机制研究开发出面向碱性介质应用的高活性Ni-Mo-N-C电极与有序中孔碳载铱泡沫镍(Ir-OMC–Ni)电极。与此同时,研究方向进一步拓展至CO2电催化还原,本项目在电极制备、电解池设计与电化学系统研发等方面取得的成果在未来能源转化、环境治理等方面应用优势明显。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
非线性谱学分析的基本原理及其在电化学研究中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛庆;景维云;石越
  • 通讯作者:
    石越
In-situ carbonization approach for the binder-free Ir-dispersed ordered mesoporous carbon hydrogen evolution electrode
无粘合剂铱分散有序介孔碳析氢电极的原位碳化方法
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2017.05.004
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    He Yanghua;Xu Jinming;Wang Fanan;Zhao Xiaochen;Yin Guangzhao;Mao Qing;Huang Yanqiang;Zhang Tao
  • 通讯作者:
    Zhang Tao
Highly efficient and durable MoNiNC catalyst for hydrogen evolution reaction
用于析氢反应的高效耐用的 MoNiNC 催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2017.04.050
  • 发表时间:
    2017-07-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Wang, Fanan;Sun, Yuanmiao;Liu, Bin
  • 通讯作者:
    Liu, Bin
Ni-Fe基析氧阳极材料的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何杨华;徐金铭;王发楠;毛庆;黄延强
  • 通讯作者:
    黄延强
CO_2电催化还原制烃类产物的研究进展
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.026
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    景维云;毛庆;石越;杜兆龙;肖宇;刘松;徐金铭;黄延强
  • 通讯作者:
    黄延强

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其他文献

基于蛋白组学探讨丹皮酚和芍药苷配伍抗心肌缺血损伤的作用机制
  • DOI:
    10.19540/j.cnki.cjcmm.20210615.701
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国中药杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡春艳;郭欣;刘雪玲;刘港;许潇;毛庆;郭齐
  • 通讯作者:
    郭齐
无持续牵拉技术在侧脑室中枢神经细胞瘤切除术中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国微侵袭神经外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王翔;刘艳辉;毛庆
  • 通讯作者:
    毛庆
经前纵裂胼胝体入路切除第三脑室前、中、后部肿瘤
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国微侵袭神经外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王翔;刘艳辉;毛庆
  • 通讯作者:
    毛庆
近10 年网络药理学应用于中医药研究的文献计量学分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭齐;胡春艳;毛庆;刘畅鑫;张新庄;史亚祥;于晓雯;张栋梁;陈乐;周睿晨;陆素琴
  • 通讯作者:
    陆素琴
安全多方向量计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    窦家维;郭奕旻;毛庆;李顺东
  • 通讯作者:
    李顺东

其他文献

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毛庆的其他基金

CO2电还原仿生催化体系的构建及其过程强化机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CO2电还原仿生催化体系的构建及其过程强化机理研究
  • 批准号:
    22179016
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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