中熵合金修饰MXene基高效电催化析氢催化剂的构筑及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51901189
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0107.金属功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The development of low-cost, high-activity electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) catalysts based on non-precious metals has been a hot topic in the study of industrial-scale hydrogen production. MXene is a kind of novel two-dimensional (2D) material with the left-hand side transition metal-carbide/nitride characters, which has important potential applications in the field of electrochemical energy storage and conversion. However, the MXene usually presents an inferior intrinsic HER activity. At present, doping and surface modification are the two popular directions in this field. In consideration of the unique surface left-hand side transition metal atomic layer in MXene, this project intends to introduce right-hand side transition metal via an alloying method, and constructs 2D heterostructure with medium-entropy alloy on its surface. Through the hybridization of d-electrons from both left- and right-hand side transition metals, the competitive adsorption of catalytic intermediate products under alkaline condition can be regulated. Meanwhile, the MXene nanosheets can provide good electron transmission and ion diffusion pathway, and serve as the substrate to provide nucleation sites, limit the agglomeration of alloy nanoparticles. As a result, the designed structure will synergistically promote the kinetic of electrocatalytic HER process. By studying the formation process of medium-entropy alloy on the surface of MXene and the activities regulation law of electrocatalytic HER, this project will provide ideas for the design and performance control of low-cost, high-efficiency catalysts towards industrial-scale hydrogen production.
开发基于非贵金属的低成本、高活性电催化水分解析氢催化剂一直是工业化规模电解水制氢研究的热点。迈克烯(MXene)是一类具有左侧过渡金属-碳/氮化合物结构特征的新颖二维材料,在电化学能源存储和转化领域有着重要应用潜力,但是其本征电催化析氢活性较低。目前,对MXene材料进行掺杂和表面修饰是该领域研究的两个热点方向。针对MXene独特的表面左侧过渡金属原子层结构,本项目拟利用合金化方法引入右侧过渡金属,构筑中熵合金修饰的二维异质结构,通过左右两侧过渡金属的d电子杂化,调控碱性析氢条件下各催化中间产物的竞争吸附。同时,该异质结构中MXene纳米层可以提供良好的电子传输和离子扩散通路,并作为衬底提供形核位点、限制合金纳米颗粒的团聚,进而协同促进电催化析氢动力学过程。通过研究中熵合金在MXene表面的形成过程及电催化析氢活性调控规律,将为实现廉价高效的工业化电解水制氢提供材料设计和性能调控思路。

结项摘要

开发基于非贵金属的低成本、高活性电催化水分解析氢催化剂一直是工业化规模电解水制氢研究的热点。本项目围绕MXene表面合金复合电催化剂作为研究对象,通过不同前驱物及反应条件的优化,获得了系列具有可控电催化活性的复合电催化剂,并在电催化水分解析氢领域着重开展了研究。课题主要取得的成果如下:(1)成功制备了系列具有可变金属比例的双金属MXene材料,如V3CrC3Tx、V2Cr2C3Tx、Mo2TiC2Tx等,并用于负载合金纳米颗粒制备复合电催化剂;(2)利用双金属前驱物结合MXene表面金属,获得了具有中熵成分的合金产物,并探究了该中熵合金复合电催化剂的电催化活性来源及影响机制;(3)揭示了了MXene在合金纳米颗粒复合电催化剂中的供电子特性,以及该作用对电催化析氢活性的影响机制,为后续电催化剂的设计提供了理论依据;(4)探索了除氢氧化物之外的前驱物(如金属配位聚合物)在MXene表面的负载与合金转化过程,获得了相应电催化剂材料并进行了性能优化,阐明了合金的相形成及转变与电催化性能的构效关系。通过研究中熵合金在MXene表面的形成过程及电催化析氢活性调控规律,本项目建立了MXene负载合金纳米结构的创新方法,并阐明了催化性能的构效关系模型,为实现廉价高效的工业化电解水制氢提供材料设计和性能调控思路。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Co/Zn-metal organic frameworks derived functional matrix for highly active amorphous Se stabilization and advanced lithium storage
Co/Zn-金属有机框架衍生的功能基质,用于高活性非晶硒稳定和先进的锂存储
  • DOI:
    10.1007/s12598-022-02106-x
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Rare Metals
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Hong Yu;Jin-Zhao Kang;Long-Sheng Huang;Jin-Jin Wang;Xiao-Mei Wang;Xiang-Yuan Zhao;Cheng-Feng Du
  • 通讯作者:
    Cheng-Feng Du
Catalytic polysulfides immobilization within a S/C-Co-N hollow cathode obtained by nonthermal imprison route
通过非热囚禁途径将催化多硫化物固定在 S/C-Co-N 空心阴极内
  • DOI:
    10.1016/j.jcis.2021.12.169
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Colloid and Interface Science
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Huang Longsheng;Wang Jinjin;Zhao Xiangyuan;Wang Xiaomei;Kang Jinzhao;Du Cheng-Feng;Yu Hong
  • 通讯作者:
    Yu Hong
A Review of MnO2 Composites Incorporated with Conductive Materials for Energy Storage
用于储能的含导电材料的MnO 2 复合材料的综述
  • DOI:
    10.1002/tcr.202200118
  • 发表时间:
    2022-06-10
  • 期刊:
    CHEMICAL RECORD
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Song, Xin;Wang, Haoran;Guo, Ruisheng
  • 通讯作者:
    Guo, Ruisheng
Recent Advanced on the MXene-Organic Hybrids: Design, Synthesis, and Their Applications.
MXene 有机杂化物的最新进展:设计、合成及其应用
  • DOI:
    10.3390/nano11010166
  • 发表时间:
    2021-01-11
  • 期刊:
    Nanomaterials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Du CF;Zhao X;Wang Z;Yu H;Ye Q
  • 通讯作者:
    Ye Q
Composite Electrodes with Nicoal-Ldh Coated Ti3c2tx Mxene and Incorporated Ag Nanowires for Screen-Printable In-Plane Hybrid Supercapacitors on Textiles
具有 Nicoal-Ldh 涂层 Ti3c2tx Mxene 和掺入银纳米线的复合电极,用于纺织品上可丝网印刷的面内混合超级电容器
  • DOI:
    10.2139/ssrn.4018798
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    SSRN Electronic Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chi Zhang;Ruisheng Guo;Haoran Wang;Xudong Xie;Cheng-Feng Du
  • 通讯作者:
    Cheng-Feng Du

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杜乘风的其他基金

M位金属高熵调控MAX陶瓷材料的软硬协同高温自润滑性能及其机理研究
  • 批准号:
    52275212
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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    2022
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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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