基于钼镉相分离的多孔碳化钼晶体结构调控及产氢催化位点研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902132
  • 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:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 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

The development of hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts with high activity, high stability and low cost is of great significance for the wide application of hydrogen energy. Molybdenum carbide has attracted much attention as a kind of electrocatalyst whose theoretical HER activity is close to platinum. Exposing more catalytically active sites, play an important role in increasing electrocatalytic activity for electrocatalysts. In this study, cadmium molybdate was used as the precursor. During the high-temperature carbonization process, the chemical bonding between Cd atom and the Mo atom was beneficial to the molybdenum atoms free from being covered by the excess carbon. The Mo catalytic sites were exposed by the phase separation between molybdenum and cadmium, as well as the volatilization of Cd. The porous crystal structure and catalytic site regulation of molybdenum carbide were finally realized. By exploring the crystal structure evolution and phase transformation regularity from cadmium molybdate to molybdenum carbide, a controllable preparation method for synthesizing porous molybdenum carbide based on phase separation and Cd volatilization is realized. By discussing the exposure of catalytic site for molybdenum carbide and the corresponding electrocatalytic activity, the regulation mechanism of Cd on the catalytic site of molybdenum carbide was revealed, and high HER activity was achieved. The favoring development of the project is expected to realize a controllable technology for synthesizing porous molybdenum carbide with high activity based on the phase separation between cadmium and cadmium, and provide a new way and theoretical basis for the regulation of catalytic sites of other porous transition metal carbides.
开发高活性、高稳定性、低成本的析氢反应电催化剂,对氢能源的广泛应用具有重要意义。碳化钼作为一类电解水产氢理论活性接近铂的电催化剂备受关注。对电催化剂来说,暴露更多的催化活性位点是提高其电催化活性的主要因素。本研究以钼酸镉作为前驱体,利用钼酸镉中Cd-Mo原子成键作用,避免高温碳化过程中钼原子被多余碳覆盖,利用钼镉相分离Cd金属挥发充分暴露Mo催化位点,实现碳化钼的多孔晶体结构和催化位点调控。通过研究此过程中钼酸镉到碳化钼的晶体结构演化关系与物相转化规律,实现基于钼镉相分离金属Cd挥发合成多孔碳化钼的可控制备方法。通过探讨镉挥发造孔调控碳化钼的催化位点显露以及对应的电催化活性变化规律,阐明Cd对碳化钼催化位点的调控机理,实现高效电催化产氢。该项目的顺利开展有望实现一种基于钼镉相分离Cd挥发制备高效催化活性多孔碳化钼的可控工艺,并为其他多孔过渡金属碳化物的催化位点调控提供新的途径和理论依据。

结项摘要

开发高活性、高稳定性、低成本的析氢反应电催化剂,对氢能源的广泛应用具有重要意义。碳化钼作为一类电解水产氢理论活性接近铂的电催化剂备受关注。对碳化钼电催化剂来说,产氢活性位点主要位于钼原子,因此暴露更多的钼催化活性位点是提高其电催化活性的主要因素。. 本项目通过调控反应条件实现不同尺寸钼酸镉的可控制备,进而以钼酸镉作为模板和前驱体,制备了多孔、晶体结构高度对齐的Cd、N共掺杂碳化钼电催化剂。研究证明,镉元素的存在对形成多孔的高度排列的Cd, N-Mo2C起到了关键作用,增加了电化学活性面积,暴露了Mo活性位点。首先,利用钼镉相分离Cd金属升华可以产生多孔结构,有效地暴露Mo活性位点,增加有效活性面积;其次,Cd的掺杂会调节Mo原子的电子态密度,从而获得适当的Mo-H键合强度,阐明了Cd对碳化钼催化位点的调控机理,实现高效电催化产氢。第三,研究了钼酸镉到碳化钼的晶体结构演化关系与物相转化规律,得到具有高度对齐结构的Cd, N-Mo2C,这有利于内部电子转移,提升HER性能。第四,Cd的存在可以有效调控Mo2C的暴露晶面,因此我们提出了(200)/(121)晶面比值判断碳化钼电催化活性的评价方式。最后,利用钼酸镉中Cd-Mo原子成键作用,可以有效避免高温碳化过程中钼原子被多余碳覆盖,有利于暴露钼催化位点。该项目的顺利开展实现了一种基于钼镉相分离Cd挥发制备高效催化活性多孔碳化钼的可控工艺,并为其他多孔过渡金属碳化物的催化位点调控提供新的途径和理论依据。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Laser synthesis of amorphous CoSx nanospheres for efficient hydrogen evolution and nitrogen reduction reactions
激光合成非晶 CoSx 纳米球以实现高效析氢和氮还原反应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    J. Mater. Chem. A,
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lili Zhao;Bin Chang;Tianjiao Dong;Haifeng Yuan;Yue Li;Zhenfei Tang;Zhen Liu;Zhen Liu;Xiaoli Zhang;Weijia Zhou
  • 通讯作者:
    Weijia Zhou
Ru decorated TiOx nanoparticles via laser bombardment for photothermal co-catalytic CO2 hydrogenation to methane with high selectivity
Ru 修饰的 TiOx 纳米粒子通过激光轰击实现高选择性光热共催化 CO2 加氢制甲烷
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2022.122176
  • 发表时间:
    2023-01-21
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Dong, Tianjiao;Liu, Xiaoyu;Zhou, Weijia
  • 通讯作者:
    Zhou, Weijia
Laser patterned and bifunctional Ni@N-doped carbon nanotubes as electrocatalyst and photothermal conversion layer for water splitting driven by thermoelectric device
激光图案化双功能Ni@N掺杂碳纳米管作为热电装置驱动水分解的电催化剂和光热转换层
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2020.119647
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Haifeng Yuan;Fan Liu;Guobin Xue;Hui Liu;Yijie Wang;Yiwei Zhao;Xiaoyan Liu;Xiaoli Zhang;Lili Zhao;Zhen Liu;Hong Liu;Weijia Zhou
  • 通讯作者:
    Weijia Zhou
Ferroelectric-enhanced BiVO4-BiFeO3 photoelectrocatalysis for efficient, stable and large-current-density oxygen evolution
铁电增强BiVO4-BiFeO3光电催化高效、稳定、大电流密度析氧
  • DOI:
    10.1016/j.apmt.2022.101374
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Applied Materials Today
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Zhiyuan Yang;Lili Zhao;Sasa Zhang;Xian Zhao
  • 通讯作者:
    Xian Zhao
Plasmon-enhanced Hydrogen evolution reaction kinetics through the strong coupling of Au-O Bond on Au-MoO2 heterostructure nanosheets
通过 Au-MoO2 异质结构纳米片上 Au-O 键的强耦合增强等离子体激元析氢反应动力学
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2021.106302
  • 发表时间:
    2021-07-06
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Liu, Zhen;Jiang, Di;Liu, Hong
  • 通讯作者:
    Liu, Hong

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其他文献

碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏剑;赵莉莉;张倩;聂证博
  • 通讯作者:
    聂证博
Small-molecule inhibitors of the tuberculosis target, phenylalanyl-tRNA synthetase from Penicillium griseofulvum CPCC-400528
结核病目标苯丙氨酰-tRNA 合成酶的小分子抑制剂,来自灰黄青霉 CPCC-400528
  • DOI:
    10.1080/23312009.2016.1181536
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    Cogent Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵莉莉;张涛;邓雁如;余利岩
  • 通讯作者:
    余利岩
喷丸残余应力场有限元数值模拟分析
  • DOI:
    10.16577/j.cnki.42-1215/tb.2015.01.010
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    材料保护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵莉莉;王建明;裴信超;王利平
  • 通讯作者:
    王利平
基于正交试验法的喷丸工艺多目标参数优化
  • DOI:
    10.16731/j.cnki.1671-3133.2016.03.023
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    现代制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王利平;王建明;赵莉莉
  • 通讯作者:
    赵莉莉
ZnGeP2光参量振荡器长波激光的温度调谐特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田俊涛;李辉;赵莉莉;李志永;王海;刘松阳;白进周;许文宁;谭荣清
  • 通讯作者:
    谭荣清

其他文献

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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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