MOF衍生碳负载Pt单原子催化剂的原子层沉积制备及其电化学稳定性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21905179
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    宋中心
  • 依托单位：
    深圳大学
  • 学科分类：
    B0905.电能源化学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As the smallest unit of catalysis, the single atoms (SAs) catalysts possess excellent catalytic activity and maximum (100%) atom utilization efficiency, obtaining increasing attentions in the field of electrocatalysis. However, the low SAs loading (~0.1wt%) and poor stability are the major challenges that prohibit SAs application in the electrocatalysis. In this project, the atomic layer deposition (ALD) technique is proposed to synthesize the Pt SAs catalyst. To achieve the high Pt SAs loading, the metal-organic framework (MOF)-derived nanocarbon with high surface area and abundant nitrogen-doping sites is selected as the support for Pt SAs. Combining the support features of MOF-carbon with the self-saturating nature of ALD, the precisely controlled synthesis mechanism of Pt SAs will be investigated in this work; on the other hand, by atomic scale controlling the Pt SA-support interaction, the relationship between Pt SA-support interaction and the Pt SA stability will be studied. Applying the X-ray synchrotron radiation and density functional theory calculations, the stable mechanism of Pt SA via adjusting the Pt SA-support interaction will be revealed. This work could provide the theory guidance and technique support in the future design of single atom catalysts and favor their application in the fuel cells cathode to boost the oxygen reduction reaction.
作为催化的最小单元，单原子催化剂具有优异的催化活性和100%原子利用率，在电催化领域受到越来越高的重视。然而金属催化剂中单原子负载量低（~0.1wt%）、稳定性差等问题限制了单原子在电催化领域的规模化应用。为解决上述问题，本项目拟采用原子层沉积技术（ALD）精确可控构筑高负载量的Pt单原子催化剂。通过选用高比表面、富含氮掺杂位点的金属有机骨架（MOF）衍生碳作为载体，结合ALD自饱和限制的沉积特性，研究高负载量的Pt单原子催化剂在载体表面的可控合成原理；另一方面，通过原子尺度上调控Pt单原子与MOF衍生碳载体的相互作用，探索Pt单原子-载体相互作用与Pt单原子催化剂稳定性之间的关系。结合同步辐射和密度泛函理论计算（DFT）揭示Pt单原子-载体相互作用对Pt单原子的稳定机理。为设计高效稳定的Pt单原子催化剂，实现其在燃料电池阴极氧还原上的应用提供理论指导和技术支持。

结项摘要

本项目总体研究思路以制备高负载量、高稳定性的Pt单原子催化剂为目标，项目前期首先综述了MOF衍生的单原子催化剂在电化学应用领域的研究进展，然后通过调控Pt催化剂的尺寸效应和电子配位结构，成功合成了Pt单原子，亚纳米团簇和纳米颗粒等催化剂，电催化性能测试研究发现当Pt颗粒尺寸降低到单原子级别可以实现Pt催化剂较高的质量活性，以及低Pt催化剂在燃料电池催化层中的有效应用。项目研究中，考虑到氢能作为21世纪最具潜力的清洁能源，也是燃料电池比较重要的燃料，而电解水技术作为制氢的重要手段，其非贵金属基催化剂的设计研究将进一步推动电解水技术的商业化应用，故本项目研究拓展至单原子催化剂和非Pt催化剂用于电解水制氢技术以及电解海水制氢领域。

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（0）
CuCo2S4 hollow nanoneedle arrays supported on Ni foam as efficient trifunctional electrocatalysts for overall water splitting and Al-Air batteries
镍泡沫上支持的 CuCo2S4 空心纳米针阵列作为整体水分解和铝空气电池的高效三功能电催化剂
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.155392
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Shao Lin;Liang Zhi-Xin;Chen He;Song Zhong-Xin;Deng Xiao-Hui;Huo Ge;Kang Xiao-Min;Wang Lei;Fu Xian-Zhu;Luo Jing-Li
  • 通讯作者：
    Luo Jing-Li
Engineering the Low Coordinated Pt Single Atom to Achieve the Superior Electrocatalytic Performance toward Oxygen Reduction
设计低配位 Pt 单原子以实现优异的氧还原电催化性能
  • DOI：
    10.1002/smll.202003096
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Small
  • 影响因子：
    13.3
  • 作者：
    Song Zhongxin;Zhu Ya-Nan;Liu Hanshuo;Banis Mohammad Norouzi;Zhang Lei;Li Junjie;Doyle-Davis Kieran;Li Ruying;Sham Tsun-Kong;Yang Lijun;Young Alan;Botton Gianluigi A.;Liu Li-Min;Sun Xueliang
  • 通讯作者：
    Sun Xueliang
Core-Shell Structured Cu(OH)2@NiFe(OH)x Nanotube Electrocatalysts for Methanol Oxidation Based Hydrogen Evolution
核壳结构Cu(OH)(2)@NiFe(OH)(x)纳米管甲醇氧化析氢电催化剂
  • DOI：
    10.1021/acsanm.1c01236
  • 发表时间：
    2021-09-01
  • 期刊：
    ACS APPLIED NANO MATERIALS
  • 影响因子：
    5.9
  • 作者：
    Liang, Yue;Song, Zhongxin;Luo, Jing-Li
  • 通讯作者：
    Luo, Jing-Li
High-Performance Ammonium Cobalt Phosphate Nanosheet Electrocatalyst for Alkaline Saline Water Oxidation.
用于碱性盐水氧化的高性能磷酸钴铵纳米片电催化剂
  • DOI：
    10.1002/advs.202100498
  • 发表时间：
    2021-07
  • 期刊：
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Song Z;Wang KC;Sun Q;Zhang L;Li J;Li D;Sze PW;Liang Y;Sun X;Fu XZ;Luo JL
  • 通讯作者：
    Luo JL
Recent Advances in MOF-Derived Single Atom Catalysts for Electrochemical Applications
用于电化学应用的 MOF 衍生单原子催化剂的最新进展
  • DOI：
    10.1002/aenm.202001561
  • 发表时间：
    2020-08-13
  • 期刊：
    ADVANCED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子：
    27.8
  • 作者：
    Song, Zhongxin;Zhang, Lei;Sun, Xueliang
  • 通讯作者：
    Sun, Xueliang

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  • 作者：
    孙显茹;宋中心;张昊;吴其晔.
  • 通讯作者：
    吴其晔.

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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]
          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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