基于介孔/微孔分层次组合的纳米阵列多孔碳材料微结构设计与调控及超级电容特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51272221
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The carbide-derived carbon (CDC) is a new class of nanostructured porous carbon materials with 3D ordered structure and precisely tuning pore size. Due to the irregular curved pore connection, slow electrolyte ion transport rate and low energy density of CDC, this project will prepare the new nano-array hierarchically ordered CDC with combination of mesopore/micropore, ultrahigh specific capacitance, excellent frequency response, and capacity retention at high current densities. The new CDC are obtained by first preparing ordered mesoporous chromium carbide precursor by SBA-15 and nanocasting,followed by selective extraction of chromium through chlorination reaction. Thermodynamic modelling is built to estimate the effect of various process parameters on CDC formation and the selection of the optimum synthesis conditions by Factage 5.3 (GTT technologies, Germany). The kinetic rule of chlorination reaction was studied to precisely design and control mesopore/micropore structure. At the same time, the relationship of electrolyte ion size, porous structure in CDC and ion transport rate will be discussed, and correlation of pore size, ion transport rate and specific capactiance will studied systemically. Based on the quantitative research on mespore/micropore structure and storage characteristics of supercapacitor, the formation mechanism , change rule and controlling technology of the mesopore/micropore in nano-array hierarchically ordered CDC will be ascertained, and the electrochemical storage energy mechanism of novel CDC with quick ion transport rate will be explained. Above works will provide experimental support and theoretical guidance for the development of ultrahigh specific energy supercapacitor and new porous carbon.
碳化物骨架碳材料(CDC)是近年来发展起来的、具有三维有序结构、孔径精确可控的纳米级多孔碳材料。针对CDC存在孔形状不规则、离子传输速度慢和储能特性有待提高等问题,提出用SBA-15模板和纳米注入技术制备纳米阵列碳化铬前驱体,原位氯化反应制备具有纳米阵列有序排列、介孔/微孔分层次组合、高电流密度下有高比电容、优良功率特性、频响特性和容量保持率的局域石墨化新型CDC。用Factage5.3建立氯化反应热力学模型,并探讨氯化反应动力学规律,在纳米尺度上设计和调控介孔/微孔结构,明晰电解质离子半径、CDC孔结构与离子传输速率的定量关系,探索孔径、离子传输速率与比电容的耦合规律。通过对介孔/微孔结构与超级电容器储能特性的定量研究,确定有序纳米阵列多孔碳微结构的形成、演化规律及控制方法,揭示具有离子快速传输能力的新型CDC的电化学储能机理,为高比能超级电容器和多孔碳材料的发展提供实验依据和理论指导。

结项摘要

超级电容器作为一种新型储能器件,兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的特点,成为化学电源领域新的产业亮点。目前应用最为广泛的是碳基超级电容器(EDLC)。EDLC的性能在很大程度上取决于碳材料的性质,常用的多孔碳材料有活性炭、碳气凝胶、碳化物骨架炭(CDCs)等。其中CDCs作为一种新型的多孔碳材料,它具有高的比表面积、孔径大小和孔径分布精确可调,因此成为较为理想的超级电容器电极材料。本项目在对CDC结构设计、制备、性能表征和多孔碳材料分级孔组合、SBA-15模板法制备功能性多孔炭材料等前期研究工作的基础上,发展了一种具有高能量密度和离子快速传输能力的CDC制备新路线,制备出具有介孔/微孔分级孔组合、孔径可根据电解质离子尺寸设计并调控、电化学性能优良的超级电容器新型电极材料。同时从理论上确定了材料结构、性能的定量关系,运用现代电化学研究和材料结构分析、表征手段研究新型CDC的电化学规律,解决制约高性能超级电容器发展的关键问题。不但可以促进高性能超级电容器和电动车产业的发展,而且可在新型多孔炭材料的制备、结构表征和性能的定量研究方面做出重要创新,为其在储能、气体储存和催化剂等领域的应用提供方法指导和科学依据。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Investigation of nanoporous carbon supported palladiumezinc nanocomposites as anode catalysts for direct borohydrideehydrogen peroxide fuel cell
纳米孔碳负载钯锌纳米复合材料作为直接硼氢化物-过氧化氢燃料电池阳极催化剂的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    international journal of hydrogenenergy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qinglan Zhao;Youwei Zhang;Jiao Gao;Wei Wei
  • 通讯作者:
    Wei Wei
Preparation and performance of b-MnO2 nanorod @ nanoflake (Ni, Co, Mn) oxides with hierarchical mesoporous structure
分级介孔结构b-MnO2纳米棒@纳米片(Ni、Co、Mn)氧化物的制备及性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Jiao Gao;Yanqing Fu;Xiukang Yang;Hongbo Shu
  • 通讯作者:
    Hongbo Shu
Design and synthesis of three-dimensional hierarchical ordered porous carbons for supercapacitors
超级电容器用三维分级有序多孔碳的设计与合成
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2014.12.052
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Hao Wang;Youwei Zhang;Jiao Gao;Qun Lu
  • 通讯作者:
    Qun Lu
Boron-doped ordered mesoporous carbons for the application of supercapacitors
硼掺杂有序介孔碳在超级电容器中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2016.05.013
  • 发表时间:
    2016-07-20
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Gao, Jiao;Wang, Xianyou;Liu, Min
  • 通讯作者:
    Liu, Min
Effects of preparation temperature on electrochemical performance of nitrogen-enriched carbons
制备温度对富氮碳电化学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/s1003-6326(14)63499-3
  • 发表时间:
    2014-11
  • 期刊:
    Trans. Nonferrous Met. Soc. China
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qing-lan ZHAO;Jiao GAO;Yan-song BAI;Hong-bo SHU
  • 通讯作者:
    Hong-bo SHU

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其他文献

NaV1-xCrxPO4F的合成及电化学性
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    卓海涛;王先友;刘志明等
  • 通讯作者:
    刘志明等
水青树茎干中化学成分的提取与分离
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王易芬
NaV1-xFexPO4F 的合成及电化学性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电池,2006, 36(5):335-337
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘志明;王先友;卓海涛等
  • 通讯作者:
    卓海涛等
超级电容器电极材料-MnO2的电化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电源技术,2005,29(7): 470-473
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汪形艳
炭气凝胶的制备及其在超级电容器
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电源技术,2006,30(7):555-559
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李俊;王先友;黄庆华等
  • 通讯作者:
    黄庆华等

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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