碳电极微孔内离子液体进出孔迁移的计算研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21703153
  • 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:
    B0302.化学模拟与应用
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Based on its porous structure and high specific surface area, porous carbon is a suitable candidate for high-performance electric double layer capacitor with ionic liquids. The complexity of the porous structure, however, makes it difficult to distinguish the influence of specific pore size and shape on double layer capacitance. In particular, micropore owns a similar size to ionic liquids, which could either form compact double layer efficiently within the micropore, or get excluded and leave the pore empty. Therefore, we study the system of microporous carbon electrode immersed in ionic liquids electrolytes. Micropore is formed by structurally optimizing the constituent sp2 carbons in hexagonal geometry. Both ab-initio and classical molecular dynamic simulations are adopted to investigate the ion density distribution with varying electrode potential, pore size, pore geometry and initial configuration of ions inside micropore. We will summarize the links between pore structure, ion migration and electric double layer capacitance. As far as power density is concerned, the ion conductivity is computed while the possible correlation between cation and anion diffusion is also explored. In addition, the density functional theory based on statistical mechanics will be employed to study the free energy profiles along the ion migration path into and out of micropore. The reasons behind the ion migration will be revealed from energy’s perspective. At the same time, electrochemical measurements are to be conducted on porous carbon electrodes. Impedance spectrum data will be used to firstly derivate the equivalent circuit at approximate pore size distribution, and secondly compare with the equivalent resistance and capacitance obtained from simulation results.
多孔碳材料具有高比表面积,浸入离子液体中形成双电层电容,可望实现较高的储能密度。然而多孔碳中的孔结构复杂多样,难以区分特定孔尺寸和形态对电容的影响。尤其是和离子尺寸接近的微孔,既可能吸附离子在孔内形成紧密的双电层,又可能因离子难以迁入造成孔的空置。因此本项目以碳电极微孔/离子液体电容系统为对象,通过sp2杂化碳原子的优化构成一系列微孔结构。使用从头算、分子动力学模拟等方法,在不同微孔结构、尺寸、初始构象的条件下,统计微孔内离子分布如何随时间、随电势变化,归纳微孔结构-离子进出孔迁移-电容性能三者之间的联系。功率性能方面,计算孔道内离子传输的电导率,探索阴、阳离子扩散的相关性。结合统计力学的密度泛函理论,计算自由能沿迁移路径的变化,揭示离子迁入、迁出微孔的原因。对多孔碳电极进行电化学性能测试,基于交流阻抗谱图推算出多孔碳整体的等效电路,依据孔径分布近似换算成单个微孔的等效电容、阻抗,与模拟结果比较。

结项摘要

本项目中以不同类型(凹面、凸面)与不同几何结构(球体、平板、圆珠)为基础结构构筑碳电极模型,通过分子动力学模拟实现了电化学测试,同时与多孔碳电极实验的循环伏安法、交流阻抗测试对比。通过比较不同微孔结构配合多种离子液体电解液,总结了电极微孔结构与电容性能之间的一般规律。利用经典密度泛函理论计算自由能表达式中的各能量项,通过不断改变狭缝孔尺寸,计算了孔内离子分布与两表面之间作用力的变化规律,同时测试了改变电解液浓度等的影响,总结了两平板电极之间长程作用力衰减的机理。在动力学性质模拟中,总结电极表面电荷的极化与附近吸附离子运动的关联,为提高超级电容器的储能密度、快速充放电能力提供了理论计算依据。基于交流阻抗谱图推算出不同几何结构的碳电极模型的整体等效电路,分析了该体系电容、电阻性能在不同温度和电极构型条件下的变化规律,圆满完成了项目研究目标。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Probabilistic Energy Flow Calculation through the Nataf Transformation and Point Estimation
通过 Nataf 变换和点估计进行概率能量流计算
  • DOI:
    10.3390/app9163291
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Qin Boyu;Fang Cheng;Ma Ke;Li Jing
  • 通讯作者:
    Li Jing
Quantitative short-term voltage stability analysis of power systems integrated with DFIG-based wind farms
双馈风电场集成电力系统短期电压稳定性定量分析
  • DOI:
    10.1049/iet-gtd.2019.1701
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IET Generation Transmission & Distribution
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Boyu Qin;Hengyi Li;Xuemin Zhang;Tao Ding;Ke Ma;Shengwei Mei
  • 通讯作者:
    Shengwei Mei
Theoretical study of the effect of π+-π+ association in imidazolium ionic liquids at charged interfaces
咪唑鎓离子液体带电界面δ-δ缔合效应的理论研究
  • DOI:
    10.1103/physreve.96.062609
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW E
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Ke Ma;Jan Forsman;Clifford E. Woodward
  • 通讯作者:
    Clifford E. Woodward
Formation of Fe-doped In2O3 nanowires and influence evolution of Fe ions on its photoluminescence property
Fe掺杂In2O3纳米线的形成及Fe离子演化对其光致发光性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2018.06.137
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    孙现科;马珂;李常娥;李伟
  • 通讯作者:
    李伟
Bridging the gap between macroscopic electrochemical measurements and microscopic molecular dynamic simulations: Porous carbon supercapacitor with ionic liquids
弥合宏观电化学测量和微观分子动力学模拟之间的差距:离子液体多孔碳超级电容器
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2018.09.016
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Ma, Ke;Zhang, Chenguang;Wang, Xuewei
  • 通讯作者:
    Wang, Xuewei

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    吕伯东
鄢陵县鱼类资源调查
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  • 通讯作者:
    聂国兴

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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

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          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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