太阳能STEP过程Fe(Ⅲ)/ Fe(Ⅵ)电-燃料联产循环系统构建研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21808030
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    谷笛
  • 依托单位：
    东北石油大学
  • 学科分类：
    B0809.光化学与电化学工程
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Based on the intersection of four majorities of hot concepts- Solar Energy Utilization, Solar Fuel, Super Iron Battery and STEP (Solar Thermal Electrochemical process), the STEP-framed Solar Energy Rechargeable Cell, characterized with high energy and multi-electron transfer/redox cycle for efficient conversion of solar energy to electric energy combined with the synergistic production of solar fuel, is proposed and established in this application. Double-cell reaction system was constructed with the foundation of photothermal and photoelectric effect. The charging process was first carried out and then the discharging process. The Fe (III) was oxidized to Fe (VI) at the anode and hydrogen gas was generated at the cathode in Cell(I), while C and CO were generated in Cell(II) by the process of carbon capture; The electric energy released while the conversion of Fe (VI) to Fe (III) in Cell(I), while CO was generated continuously in Cell(II) by the process of carbon oxidation. The main contents are as follows :(1)Circulation was constructed by theoretical study and pattern construction.(2)The two key technologies were that the process control of Fe(III) oxidation to Fe (VI) and C oxidation to CO. A perfect pollution-free, sustainable STEP process was established, accomplishing the construction of solar cell-fuel combined cycle system by the cycle operation of charge and discharge process.
本项目以太阳能利用、STEP化学过程、超铁电池和太阳能燃料四个热点概念的交集为研究背景，以太阳能高效利用为目标，研究构建新型的Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅵ)氧化还原电-燃料联产循环系统。利用太阳能光-热和光-电效应构建高温双池(Double-cell)反应体系，在Cell(I)中阳极将Fe(III)氧化到Fe(VI)，阴极生成H2，Cell(II)中利用CO2的碳捕捉过程生成C和CO，进行充电过程；在放电过程中，Cell(I)中Fe(Ⅵ)放电生成Fe(Ⅲ)，在Cell(II)中将C氧化持续生成CO。具体内容为（1）循环系统理论研究与构建研究；（2）关键技术研究：①Fe(III)氧化到Fe(VI)过程控制，②充电过程CO2还原生成C和CO过程控制和放电过程C氧化生成CO的过程控制。两过程能够在太阳能的驱动下循环进行，构筑了完美的、无污染的电-燃料联产新型太阳能利用系统。

结项摘要

项目将太阳能热电化学利用、可充熔盐超铁电池和太阳能燃料几个热点研究问题相结合，创新性的将STEP理论（Solar Thermal Electrochemical Process）应用于体系构建，使驱动此系统的能量完全来自于太阳能，利用Fe(III)和Fe(VI)之间的氧化还原反应的电势差构成循环体系，同时利用太阳能的光-热和光-电效应来实现太阳能STEP电池充放电循环过程与太阳能燃料的产出，系统正常运行后，具有高能量产出、可循环充放电和联产太阳能燃料等特点。在多能级相互配合条件下，实现太阳能高效应用，构筑了一个完美的无污染、可持续的太阳能循环利用系统。项目建立了STEP过程Fe(III)/Fe(VI)电-燃料联产系统，提出以高温熔融Fe2O3-NaOH-KOH、Li2CO3-Na2CO3-K2CO3分别作为Cell(I)单元和Cell(II)单元的电解质，详细探究了Cell(I)单元和Cell(II)单元中可能出现的电化学反应，系统在充电过程中，Cell(I)单元中碱金属氧化物还原生成H2，Cell(II)单元中完成对CO2的捕捉，生成微观形态呈纳米管型的C和CO，即生成太阳能燃料（Solar Fuel）。.通过对不同电解质配比、充电电流、充电时间、电解温度、电极材料等变量分析，测得的最佳条件下电池的平均的充电电压为3.4 V，开路电压为2.6 V，以100 Ω负载放电，高放电平台电压为1.8 V，低放电平台为电压为1.0 V，最高库伦效率为98.3%。STEP过程Fe(III)/Fe(VI)电-燃料联产系统具有理论比容量高、可充性好，高效利用太阳能等优点。系统高效地产出电能和化学能，为太阳能高效无污染循环利用提供了新思路。

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（0）
专利数量（11）
Positive P/g-C3N4 thermo-coupled photocatalytic oxidation of refractory organics in wastewater for total utilization of solar Vis-IR region
正 P/g-C3N4 热耦合光催化氧化废水中的难降解有机物，实现太阳能可见光-红外区域的完全利用
  • DOI：
    10.1016/j.matchemphys.2020.123307
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Gu Di;Zhang Shixu;Jiang Tingting;Jiang Hong;Wang Xirui;Wang Baohui
  • 通讯作者：
    Wang Baohui
Solar bipolar cell facilitating carbon dioxide for efficient coproduction of electricity and syngas
太阳能双极电池促进二氧化碳有效联产电力和合成气
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Journal of Power Sources（一区，通讯作者）
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xiang Xue;Di Gu;Xue Xia;Yuwei Qin;Hongjun Wu;Hong Jiang;Tingting Jiang;Baohui Wang
  • 通讯作者：
    Baohui Wang
Solar binary chemical depolymerization of lignin for efficient production of small molecules and hydrogen
木质素的太阳能二元化学解聚，有效生产小分子和氢气
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2018.10.032
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Wang Jiaqi;Yan Chao;Zhu Lingyue;Gu Di;Zhang Dan;Wang Hongming;Wang Baohui
  • 通讯作者：
    Wang Baohui
Solar Thermal Electrochemical Process (STEP) action to biomass: Solar thermo-coupled electrochemical synergy for efficient breaking of biomass to biofuels and hydrogen
太阳能热电化学过程 (STEP) 对生物质的作用：太阳能热耦合电化学协同作用，可有效地将生物质分解为生物燃料和氢气
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2018.11.056
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Yan Chao;Wang Jiaqi;Du Haifeng;Zhu Lingyue;Jiang Tingting;Jiang Hong;Wu Hongjun;Wang Baohui
  • 通讯作者：
    Wang Baohui
STEP polymer degradation: Solar thermo-coupled electrochemical depolymerization of plastics to generate useful fuel plus abundant hydrogen
STEP 聚合物降解：塑料的太阳能热耦合电化学解聚，产生有用的燃料和丰富的氢气
  • DOI：
    10.1016/j.solmat.2019.110208
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Jiang Tingting;Zhao Xule;Gu Di;Yan Chao;Jiang Hong;Wu Hongjun;Wang Baohui;Wang Xirui
  • 通讯作者：
    Wang Xirui

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其他文献

Fast and efficient oxidation of formaldehyde in wastewater via the Solar Thermal Electrochemical Process tuned by thermo-electrochemistry
通过热电化学调节的太阳能热电化学过程快速有效地氧化废水中的甲醛
  • DOI：
    10.1016/j.jclepro.2017.04.022
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    苑丹丹;田磊;谷笛;沈晓彦;朱凌岳;吴红军;王宝辉
  • 通讯作者：
    王宝辉
Carbon dioxide electrolysis and carbon deposition in alkaline-earth-carbonate-included molten salts electrolyzer
含碱土碳酸盐熔盐电解槽中的二氧化碳电解和碳沉积
  • DOI：
    10.1039/c8nj02965b
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    New Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    李志达;于艳艳;李伟;王冠中;彭丽;李金莲;谷笛;苑丹丹;吴红军
  • 通讯作者：
    吴红军
Facile Synthesis of Capacitive Carbon Materials via Electrolyzing Carbonates Eutectic with Varying Metallic Anodes
通过使用不同金属阳极电解碳酸盐共晶轻松合成电容性碳材料
  • DOI：
    10.1149/2.0531813jes
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Journal of The Electrochemical Society
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    于艳艳;李志达;张文勇;苑丹丹;谷笛;李金莲;何周文;吴红军
  • 通讯作者：
    吴红军
UV-light Aided Photoelectrochemical Synthesis of Au/TiO2 NTs for Photoelectrocatalytic Degradation of HPAM
紫外光辅助光电化学合成 Au/TiO2 NTs 用于光电催化降解 HPAM
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    谷笛;王洋;李志达;刘悦;王宝辉;吴红军
  • 通讯作者：
    吴红军
染料敏化太阳能电池的研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    可再生能源，（已录用）
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谷笛;吴红军;王宝辉
  • 通讯作者：
    王宝辉

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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

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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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