石墨烯负载新型铂基核壳凹型纳米晶的可控制备及其催化性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51372222
  • 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:
    E0205.无机非金属基复合材料
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Platinum (Pt) as a noble-metal is the most widely used electrocatalyst in low-temperature fuel cell. However, the extremely precious price and scarce resource of Pt together with the slow reaction kinetics of cathode are the major obstacles to fuel cell for widespread commercialization. As such, synthesizing the electrocatalysts with features of high activity, good stability, and low percentage of Pt is of great importance for promoting the commercialization development of fuel cell. In this proposal, graphene-supported Pt-based core-shell concave nanocrystals will be controllably constructed by several strategies including shape control, structure design, and composition tuning, which is expected to solve the scientific problems in fuel cell such as low catalytic activity and poor stability for oxygen reduction reaction (ORR) as well as low Pt usage. A kinetically-controlled strategy is proposed to controllably synthesize Pt concave nanocrystals with high-index faced exposed on the surface. The kinetic growth mechanism for producing these concave nanocrystals is clarified by in-situ TEM technique. The general method presented here can be extended to synthesize concave nanocrystals made of other materials. The catalytic properties for ORR are substantially optimized and enhanced by varying the shape and exposed facets of Pt concave nanocrystals. A seeded epitaxial growth is exploited to synthesize Pt-based core-shell concave nanocrystals. In addition, the scientific problems of Pt-based electrocatalysts such as low activity, stability, and Pt usage are further solved by alloying with transitional metals such as Ni and Co, and compositing with graphene. The physical and chemical mechanisms presented in the formation of these nanocomposites and enhancement of ORR performances are also clearly revealed. The successful enforcement of this grant will have scientific significance and commercial value for the development of fuel cell.
低温燃料电池主要采用贵金属铂作为电催化剂,其高昂的成本、资源的稀缺性以及缓慢的阴极氧还原速度已成为限制燃料电池商业化推广的主要障碍。因此,研制高活性、高稳定性、低铂含量的电催化剂对推动燃料电池的发展具有重要意义。本项目通过形貌调控、结构设计、成分优化等手段构建石墨烯负载铂基核壳凹形纳米晶复合结构,期望解决低温燃料电池中氧还原催化剂活性不高、稳定性差,铂利用率低和使用量高等科学问题。提出动力学控制的方法制备高指数晶面外露的铂凹形纳米晶,利用原位透射电镜技术揭示其动力学形成机理,并形成普适性方法。通过调控铂凹形纳米晶的形貌和外露晶面,优化并提高其氧还原活性。利用种子辅助外延生长技术实现铂基核壳凹形纳米晶的可控制备,并通过镍、钴等过渡金属的合金化改性以及与石墨烯的复合协同作用进一步提高催化剂的活性和稳定性、降低铂的使用量,同时揭示相关的物理化学机制,具有重要的科学意义和商业价值。

结项摘要

低温燃料电池主要采用贵金属Pt作为电催化剂,其高昂的成本、资源的稀缺性、易被CO中毒以及缓慢的阴极氧还原速度已成为限制燃料电池商业化推广的主要障碍。因此,研制高活性、高稳定性、低Pt含量的电催化剂对推动燃料电池的发展具有重要意义。我们基于热力学和动力学调控的原理,构建了两类合成Pt基凹形纳米结构的新方法。基于修饰剂辅助的热力学调控的原理,成功制备了Au@Pt核壳五角星和Pd@Pt核壳六角和八角等凹形纳米结构。基于动力学原理,通过调控原子的沉积速率和反应速率的比例,成功制备了PtCu合金和PtPd合金凹形立方体等凹形纳米结构。系统研究了上述凹形纳米结构的氧还原、甲醇氧化和甲酸氧化性能,与商用的催化剂相比,其催化性能获得了显著的提高。阐明了晶面效应、应力效应、电子耦合效应和双功能效应等对催化性能提高的作用和贡献,为设计新型高性能的催化剂提供了新思路和方法。利用原位透射电镜等技术系统研究了PtCu等凹形纳米结构的动力学形成机理,揭示了欠电位沉积过程、置换反应以及相分离对形成凹形纳米结构的作用,为制备新型凹形纳米结构提供了途径。研究了Au、Pd、Cu等金属改性以及与石墨烯复合对Pt基凹形纳米晶催化性能的影响,建立了构效关系,显著提高了催化剂的活性与稳定性。通过本项目的研究,为研发高性能的燃料电池催化剂提供了理论基础和关键材料,具有重要的科学意义和商业价值。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
In situ Study of Oxidative Etching of Palladium Nanocrystals by Liquid Cell Electron Microscopy
液池电子显微镜原位研究钯纳米晶氧化蚀刻
  • DOI:
    10.1021/nl500670q
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Jiang Yingying;Zhu Guomin;Lin Fang;Zhang Hui;Jin Chuanhong;Yuan Jun;Yang Deren;Zhang Ze
  • 通讯作者:
    Zhang Ze
Size-controlled synthesis of Au nanorings on Pd ultrathin nanoplates as efficient catalysts for hydrogenation
Pd超薄纳米片上尺寸控制合成Au纳米环作为有效的加氢催化剂
  • DOI:
    10.1039/c7ce01350g
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    CyrstEngComm
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Han Yu;Wang Wenxing;Jiang Penglin;Yan Yucong;Zhang Hui;Yang Deren
  • 通讯作者:
    Yang Deren
Intermetallic Nanocrystals: Syntheses and Catalytic Applications
金属间纳米晶:合成和催化应用
  • DOI:
    10.1002/adma.201605997
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Yan Yucong;Du Jingshan S.;Gilroy Kyle D.;Yang Deren;Xia Younan;Zhang Hui
  • 通讯作者:
    Zhang Hui
Developing an aqueous approach for synthesizing Au and M@Au (M = Pd, CuPt) hybrid nanostars with plasmonic properties
开发一种水相方法来合成具有等离子体特性的 Au 和 M@Au (M = Pd, CuPt) 杂化纳米星
  • DOI:
    10.1039/c4cp04757e
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Du Jingshan;Yu Junjie;Xiong Yalin;Lin Zhuoqing;Zhang Hui;Yang Deren
  • 通讯作者:
    Yang Deren
Strain-induced Stranski-Krastanov growth of Pd@Pt core-shell hexapods and octapods as electrocatalysts for methanol oxidation
应变诱导 Pd@Pt 核壳六足体和八足体作为甲醇氧化电催化剂的 Stranski-Krastanov 生长
  • DOI:
    10.1039/c7nr02638b
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Xiong Yalin;Ma Yanling;Li Junjie;Huang Jingbo;Yan Yucong;Zhang Hui;Wu Jianbo;Yang Deren
  • 通讯作者:
    Yang Deren

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    张辉

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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]
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          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
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          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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