类单晶结构多孔碳基薄膜的可控制备及其电催化二氧化碳转化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0902.碳基能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Sustainable conversion of CO2 into value-added chemicals under ambient condition has a significant effect on economic development and society benefit. Searching for scalable and stable electrocatalysts for the CO2 reduction reaction (CO2RR) is the key challenge in electrocatalytic CO2 conversion system. Carbon-base electrocatalysts are particularly attractive in the fields of energy conversion and electrocatalysis due to their low cost, chemical stability as well as tunable conductivity. However, nowadays the widely-studied carbon-based electrocatalysts almost exclusively exist in powder form, when they are utilized as electrodes in practical electrocatalytic process, they suffered from complicated engineering procedures, low catalytic activity, deteriorated long-term operational stability as well as other drawbacks. To overcome these experimental hurdles and raise the technological potential of carbon-based electrocatalysts to drive efficient electrocatalytic CO2RR, in this project, the highly ionic cross-linked precursors are designed and applied to in-situ preparation of single-crystal-like hierarchical nanoporous carbon membranes, which can be directly utilized as electrode for electrocatalytic conversion of CO2. The p-n Junctions and Mott-Schottky effects are employed to tune the electrocatalytic performance of as-prepared carbon membranes. This project will thoroughly investigate and study the effect of structures and compositions of as-prepared carbon membranes as well as types of electrolytes on the electrocatalytic performance of CO2RR. Furthermore, we will probe into the process of absorption and migration of CO2 molecular on the surface of carbon membranes by combining experimental results, in-situ characterizations and molecular dynamic simulation, offering a novel strategy and theoretical evidence for rational designing high performance electrocatalysts for CO2 conversion.
常温常压下将CO2电催化转化为高附加值的化学品具有重大的经济价值和社会效益。电催化CO2转化的核心技术是研发高效稳定且易大规模生产的电催化剂。碳基催化剂因其价廉易得等优点在能源转化、电催化领域备受青睐。目前,碳基催化剂的研究仍处于调控粉末状碳材料的微结构和组分阶段。针对目前粉末碳基电极制备工艺复杂,催化活性低和稳定性差等缺陷,本项目旨在通过设计合成离子交联的前驱体,原位制备具有类单晶结构、多级孔结构并可直接作为电极使用的碳基薄膜,探索其在电催化CO2转化领域的应用。通过p-n异质结、莫特肖特基效应来调控碳基薄膜的催化性能。深入考察碳基薄膜的结构、组成及电解质种类等对CO2还原性能和还原产物的影响。结合原位表征技术和分子动力学模拟,深入探讨CO2分子在碳基薄膜催表面的吸附、迁移等重要过程,阐释碳基薄膜电催化CO2还原反应的作用机制,为理性设计高性能的CO2转化电催化剂提供新的思路和理论依据。

结项摘要

设计开发高性能多孔碳膜的宏量制备技术是一项具有重要意义和应用价值的研究方向。杂原子掺杂多孔碳膜的规模制备主要取决于软模版和炭化工艺的进展,其中软模板是需要优先解决的问题。首先合成了系列功能聚离子液体,通过静电络合诱导相分离的方法,宏量制备了系列孔径可调控的全聚离子液体多孔膜。深入探讨了聚离子液体结构与其孔径之间的构效关系。研究结果表明,聚阳离子的亲疏水性能对孔径的影响较小,但可大幅度改变膜的机械性能;阴离子的亲疏水性能对孔径的影响较大,越疏水,膜的孔径越小。我们成功开发了系列孔径从70 nm~5μm可大范围调控的全聚离子液体多孔膜;进一步地优化了炭化工艺。大量实验结果表明,相比较传统惰性气体保护的炭化过程,真空炭化可大幅度提高多孔碳膜的结晶度及电导率。此项研究建立了一种全聚离子液体多孔膜的可控制备方法,发现了真空炭化工艺是制备高性能碳材料的有效方法。通过聚离子液体结构设计结合真空炭化工艺,实现了多孔碳膜孔径的精准调控及多功能化,实验室规模制备了系列高性能多孔碳膜,所制备的杂原子掺杂的多孔碳膜直接作为电极在电化学能源转化领域具有了良好的应用价值,为高性能多孔碳膜的设计制备提供了新材料和技术。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Atomically Dispersed Semi-Metallic Selenium on Porous Carbon Membrane as Excellent Electrode for Hydrazine Fuel Cell
多孔碳膜上原子分散的半金属硒作为肼燃料电池的优良电极
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Angew. Chem. Int. Ed.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    TongzhouWang;QiangWang;YuchengWang;Yunli Da;Wu Zhou;YueShao;DebaoLi;SihuiZhan;Jiayin Yuan;Hong Wang
  • 通讯作者:
    Hong Wang
多孔碳材料的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    《中国科学 化学》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王同州;王鸿
  • 通讯作者:
    王鸿
Crosslinking of a Single Poly(ionic liquid) by Water into Porous Supramolecular Membranes
单一聚离子液体通过水交联成多孔超分子膜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Angew. Chem. Int. Ed.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue Shao;Yong-Lei Wang;Xiangshuai Li;Ktefeh Khors;Kheirabad;Qiang Zhao;Jiayin Yuan;Hong Wang
  • 通讯作者:
    Hong Wang
Hydrazine-enabled one-step synthesis of metal nanoparticle-functionalized gradient porous poly(ionic liquid) membranes
肼一步合成金属纳米粒子功能化梯度多孔聚离子液体膜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Macromol. Rapid Commun
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Atefeh Khors;Kheirabad;Xianjing Zhou;Dongjiu Xie;Hong Wang;Jiayin Yuan
  • 通讯作者:
    Jiayin Yuan
Fine tuning the hydrophobicity of counter-anions to tailor pore size in porous all-poly(ionic liquid) membranes
微调反阴离子的疏水性以调整多孔全聚(离子液体)膜的孔径
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Polymer International
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Zhiping Jiang;Yu-ping Liu;Yue Shao;Peng Zhao;Jiayin Yuan;Hong Wang
  • 通讯作者:
    Hong Wang

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其他文献

Al-Zn合金等轴晶生长的三维相场法模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    铸造技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鸿;赵宇宏;张冰;陈伟鹏;侯华
  • 通讯作者:
    侯华
厌氧反应时间对反硝化聚磷工艺的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    同济大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王亚宜;王鸿;郭刚;潘绵立
  • 通讯作者:
    潘绵立
我国农产品期货市场的风险测度模型及其后验分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    管理工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鹏;王鸿;魏宇
  • 通讯作者:
    魏宇
Al-Zn合金等轴晶生长的三维相场法模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    铸造技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鸿;赵宇宏;张冰;陈伟鹏;侯华
  • 通讯作者:
    侯华
小鼠鼻腔及气管黏膜上皮细胞的构成和纤毛反应性比较研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    首都医科大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    JIN Shan-zhe;张罗;ZHANG Luo;金善哲;WANG Hong;JIAO Jian;矫健;王鸿
  • 通讯作者:
    王鸿

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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