基于金属纳米网集流体的透明柔性石墨烯基多级结构电极的双电层电容性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51502073
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Aiming to research on the structures and performances of the electrode materials for novel transparent, flexible supercapacitors, this proposed project is based upon the strategy in introduction of metal nano network transparent, flexible electrodes as current collectors and graphene nanosheets coupled with various carbonaceous materials deposited corresponding to the relative position of the metal nano network as hierarchically structured electrodes for supercapacitors, which could be fabricated by means of spin-coating and electrodeposition, respectively. The microstructures and the transparency of the metal nano network and the electrode materials could be tailored by control of the size of the raw materials and the synthesis parameters, and analyzed by various materials characterization techniques. Meanwhile, the double-layer capacitive performance of the electrode could be systematically evaluated by means of cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge and electrical impedance spectroscopy (EIS) through electrochemical workstation. The mathematic model of the relationship of the component, thickness, mass loading density and conductivity with regard to the transparency and double-layer capacitive performance of the electrode materials will be established. The interaction effects of the graphene based hierarchically structured electrodes with regard to the transparency and double-layer capacitive performance of the supercapacitor will be revealed. The intrinsic nature of the charge storage, transportation and diffusion in the novel system of the transparent, flexible supercapacitor based upon the metal nano network, graphene nanosheets and carbonaceous material components will also be illustrated. The implementation of this proposed project will be expected to provide prototypes and experimental, theoretical supports towards the development of the novel transparent, flexible supercapacitor, which matters significantly and possesses comprehensive application prospect.
为了研究新型透明柔性超级电容器电极材料结构和性能,本申请拟利用旋涂法制备金属纳米网透明电极作为集流体,结合电沉积技术制备与金属纳米网集流体相对应的石墨烯基多种炭材料相结合的多级结构电极材料,通过控制原料尺度、调整制备技术参数结合材料表征技术对金属纳米线、电极材料的微观结构以及极片的透光率进行全面分析。同时通过电化学工作站利用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗谱对极片的双电层电容性能进行全面测试,构建电极材料组分、厚度、极片覆料密度、电导率与超级电容器的透光率以及双电层电容性能指标的数学模型,揭示石墨烯基电极的多级结构与透光率、双电层电容性能之间相互影响规律,阐明石墨烯纳米片、其他炭材料组分、金属纳米线在透明柔性超级电容器新体系中的电荷存储、输运和扩散的物理本质。该申请项目完成后所取得的成果可望为开发新型透明柔性超级电容器提供新的技术原型和数据、理论支持,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

结项摘要

透明柔性超级电容器是未来消费电子产品中重要的集成电源之一,它的设计和研发对于实现全透明柔性电子产品起到至关重要的推动作用。本项目设计了以电泳沉积技术制备的石墨烯@银纳米线/PET透明电极,石墨烯为活性材料层,制备了基于双电层机制的三明治夹层结构透明柔性超级电容器。一方面,柔性石墨烯层可以防止银纳米线在电解质环境中被氧化;另一方面,具有褶皱形貌且贴合紧密的石墨烯层可以存储电荷,并且石墨烯层和银纳米线可以构成共渗透的传导网络结构,有效地传输电子,彼此间的协同作用赋予了透明柔性超级电容器优异的性能。通过加入碳纳米管,增加相邻石墨烯层的层间距,进而可提供一个开放的三维结构便于电荷的存储和传输。与此同时,引入的纳米碳管可以促进石墨烯层间的电子传输,提高垂直于石墨烯层方向的电子导电率。碳纳米管支撑的石墨烯层与银纳米线网络相结合也形成了共渗透薄膜结构,从而使得制备的透明柔性超级电容器在保持高透光率前提下还兼备了优良的电荷存储能力、机械稳定性。通过对石墨烯活性层的真空冷冻干燥处理,有效的保持了石墨烯层状结构,更重要的是使石墨烯膜层间距加大,石墨烯片层褶皱化程度加大,比表面积增加,石墨烯活性层/电解质界面的电荷储存能力显著提升。另外,通过界面电容概念的引入探讨了石墨烯层间结构与测量的面积比电容之间的关系,加深了对透明柔性超级电容器中石墨烯活性层双电层电荷存储能力本质的理解。本项目的研究揭示了新体系中石墨烯基活性材料层与银纳米网的电荷存储、输运和扩散的物理本质,为开发新型透明柔性超级电容器提供新的技术原型和数据、理论支持。.在本项目执行期间,以第一作者或通讯作者共发表SCI论文10篇,包括Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A, Nano Energy等,其中影响因子大于10的2篇,JCR一区论文9篇。上述论文全部标注基金资助号51502073。共参加学术会议4次,口头报告1次。申请发明专利5项,其中授权2项。协助培养毕业硕士研究生2名,在读研究生2名,本科生2名。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Toward ultrafast lithium ion capacitors: A novel atomic layer deposition seeded preparation of Li4Ti5O12/graphene anode
迈向超快锂离子电容器:Li4Ti5O12/石墨烯阳极的新型原子层沉积种子制备
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2017.04.020
  • 发表时间:
    2017-06-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Wang, Gongkai;Lu, Chengxing;Zhang, Yongguang
  • 通讯作者:
    Zhang, Yongguang
Effect of graphene nanosheets on electrochemical performance of Li4Ti5O12 in lithium-ion capacitors
石墨烯纳米片对锂离子电容器Li4Ti5O12电化学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2017.02.083
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Lu Chengxing;Wang Xin;Zhang Xin;Peng Huifen;Zhang Yongguang;Wang Gongkai;Wang Zhenkun;Cao Guanlong;Umirov Nurzhan;Bakenov Zhumabay
  • 通讯作者:
    Bakenov Zhumabay
Percolating Film of Pillared Graphene Layer Integrated with Silver Nanowire Network for Transparent and Flexible Supercapacitors
用于透明柔性超级电容器的柱柱石墨烯层与银纳米线网络集成的渗透膜
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.8b03356
  • 发表时间:
    2018-12-18
  • 期刊:
    LANGMUIR
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Peng, Huifen;Zhong, Yuxiang;Wang, Gongkai
  • 通讯作者:
    Wang, Gongkai
Novel flower-like graphene foam directly grown on a nickel template by chemical vapor deposition
通过化学气相沉积在镍模板上直接生长新型花状石墨烯泡沫
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2017.04.010
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Wang Shuangyue;Wang Gongkai;Zhang Xin;Tang Yongliang;Wu Juwei;Xiang Xia;Zu Xiaotao;Yu Qingkai
  • 通讯作者:
    Yu Qingkai
WSe2/Reduced Graphene Oxide Nanocomposite with Superfast Sodium Ion Storage Ability as Anode for Sodium Ion Capacitors
具有超快钠离子存储能力的WSe2/还原氧化石墨烯纳米复合材料作为钠离子电容器的阳极
  • DOI:
    10.1149/2.0231816jes
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of the Electrochemical Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang Qingzhou;Wang Yichun;Zhang Xin;Wang Gongkai;Ji Puguang;Yin Fuxing
  • 通讯作者:
    Yin Fuxing

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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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