功能化二维过渡金属硫化物构筑杂化聚合物纳米三明治及其超级电容器

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51763018
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0310.其他有机高分子功能材料
  • 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

Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) are promising electrode materials for high performance supercapcacitors due to their unique physical, chemical, and electrochemical properties. However, most of the TMDs show poor electronic conductivity and solvent processability as well as high tendency for reaggregation and stack together. This inevitable reaggregation and stacking significantly decreases the electrochemically active surface area, thus resulting in a deteriorated supercapacitor performance. The covalent functionalization of TMDs can further enhance the versatility of 2D TMDs. In this project, we propose to functionalize TMDs with conductive polymers and porous polymers to generate TMDs-based hybrid polymer sandwiches, which integrate the advantages of TMDs, conductive polymers, and porous polymers to improve the performances of supercapacitors. 2D structure of TMDs allows for the growth of uniform polymer shells onto both sides. Thereby, the aggregation and restacking of the TMDs sheets can be effectively suppressed. The conductivity of the TMDs-based hybrid polymer sandwiches can be increased by taking the advantage of the high electrical conductivity of conductive polymers. Meanwhile, the polymer shells will endow TMDs-based hybrid polymer sandwiches with pseudocapacitance to improve capacitance and cycling stability. The porous structure and pore parameters of porous polymers can be tailored owing to the wide-ranging flexibility in the choice and design of building blocks. The microstructure, specific surface area and pore size distribution of TMDs-based hybrid polymer sandwiches can be tailored at molecular scale by turning the building blocks. Thereby, various TMDs-based hybrid polymer sandwiches with different supercapacitor performance can be obtained. In order to get supercapacitors with high capacitance, energy density and cycling stability, the relationship between the capacitance and the microstructure, specific surface area, and pore size distribution of TMDs-based hybrid polymer sandwiches will be investigated. The energy storage mechanism of TMDs-based hybrid polymer sandwiches, and the synergistic effect between 2D TMDs, conductive polymer networks, and porous polymers will also be investigated.
二维过渡金属硫化物得益于其独特的物化性质和优异的电化学性能等,有望作为高性能超级电容器电极材料。然而,大部分过渡金属硫化物导电性能和溶液加工性较差,易发生不可逆的聚集和堆叠,严重降低其比表面积和电容性能及循环稳定性。功能化过渡金属硫化物制备功能性复合材料可实现其在相关应用中性能的进一步提升。本项目拟采用导电聚合物和多孔聚合物对二维过渡金属硫化物进行功能化,抑制金属硫化物纳米片的聚集,制备集导电聚合物、多孔聚合物和二维过渡金属硫化物优点于一体的过渡金属硫化物基聚合物杂化三明治材料来提高超级电容器的性能。通过改变功能性有机分子构筑单元,实现在分子尺度上、不同维度上对过渡金属硫化物基聚合物杂化三明治材料微观形貌、比表面积、多孔结构和组成的精确调控,提高复合材料的电容性能和循环稳定性。探讨过渡金属硫化物、导电聚合物和多孔聚合物三者之间的协同效应与超级电容器性能之间的关系,以得到高性能的超级电容器。

结项摘要

采用聚合物对金属硫化物进行功能化,有效提高过渡金属硫化物的稳定性和比容量,在超级电容器器件中能有效提高器件的循环稳定性和能量密度及其倍率性能。这种聚合物功能化硫化物提高其电化学性能的方法具有普适性,可应用于其它二维材料,如MXene等。聚合功能化MXene对比没有功能化的MXene材料,稳定性和电化学性能得到显著提高。此外,采用高导电碳材料和过渡金属硫化物复合,可以显著提高过渡金属化合物基赝电容材料的导电性、比容量和倍率性能。通过电极材料的选取,调控正负电极的匹配性,可有效提高过渡金属化合物基水系非对称超级的电容器的电压窗口和能量密度。该项目执行期间在J. Am. Chem. Soc.; Adv. Funct. Mater.; ACS Nano; Sci. China Mater.等国际权威刊物上相继发表论文20余篇,其中影响因子大于10的论文15篇。被Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊引用和详细点评。其中J. Am. Chem. Soc. 2020被入选中国百篇最具影响国际学术论文和ESI热点论文,ACS Energy Lett. 2018, ACS Nano 2018,J. Am. Chem. Soc. 2020三篇论文入选ESI高被引论文;J. Am. Chem. Soc. 2020 和Small 2020 两篇文章被选为封面文章。在超级电容器电极材料、电解液、器件结构等方面申请系列发明专利,获授权发明专利5项;副主编教材一部,撰写英文著作一章;作为主要完成人获教育部自然科学奖二等奖1项(排名第五),获省级教学成果奖二等奖(排名第三)。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(2)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Fast assembly of MXene hydrogels by interfacial electrostatic interaction for supercapacitors
通过界面静电相互作用快速组装 MXene 水凝胶用于超级电容器
  • DOI:
    10.1039/d1cc04574a
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemical communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Peng Mengke;Yang Weizu;Li Longbin;Zhang Kaiyang;Wang Li;Hu Ting;Yuan Kai;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang
Coupling of EDLC and the reversible redox reaction: oxygen functionalized porous carbon nanosheets for zinc-ion hybrid supercapacitors
EDLC与可逆氧化还原反应的耦合:用于锌离子混合超级电容器的氧功能化多孔碳纳米片
  • DOI:
    10.1039/d1ta03568a
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Wang Li;Huang Mingtao;Huang Jun;Tang Xiannong;Li Longbin;Peng Mengke;Zhang Kaiyang;Hu Ting;Yuan Kai;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang
基于静电纺丝碳纳米纤维的超级电容器电极材料研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖迎波;何佳城;袁凯;陈义旺
  • 通讯作者:
    陈义旺
From Crystalline to Partially Amorphous: A Facile Strategy toward Sulfur Vacancy-Enriched CoNi2S4 Nanosheets with Improved Supercapacitor Performance
从结晶到部分非晶态:一种提高超级电容器性能的富硫空位 CoNi2S4 纳米片的简便策略
  • DOI:
    10.1002/adsu.202100414
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Sustainable Systems
  • 影响因子:
    7.1
  • 作者:
    Xu Yazhou;Peng Mengke;Zhang Kaiyang;Wang Li;Chen Jierui;Hu Ting;Yuan Kai
  • 通讯作者:
    Yuan Kai
Nitrogen-Doped Hierarchically Porous Carbon Materials with Enhanced Performance for Supercapacitor
具有增强超级电容器性能的氮掺杂多级孔碳材料
  • DOI:
    10.1002/celc.201701021
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ChemElectroChem
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zeng Rong;Tang Xiannong;Huang Bingyu;Yuan Kai;Chen Yiwang
  • 通讯作者:
    Chen Yiwang

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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄维

其他文献

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AI项目解读示例

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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