氢循环与氢经济:廉价金属催化材料设计的催化理论基础

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21773023
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0205.电化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Industrially important hydrogen oxidation reaction (HOR) and hydrogen evolution reaction (HER) exhibit low reaction kinetics in basic environment. In acidic environment, hydrogen binding energy (HBE) is the only descriptor for the reactivity of HOR/HER. However, the key intermediate, adsorbed hydrogen (Had), seems not correlated to pH value. The explanation for this phenomenon is current under debate. This is no theory that can explain all the experimental observations. To widely adopt hydrogen economy, it is crucial to unambiguously find out the origin of the low activity of HOR/HER in base. Our hypothesis is that: in basic environment, HBE is not the key for activity; it is therefore possible to reduce the reaction barrier by controlling the configuration of water molecule or by introduction of hydroxyl group (OH) directed reaction pathway. We propose to employ strain to tune the adsorption properties, to use electrochemistry-spectrometry-quartz microbalance to precisely measure the adsorbed intermediates. The proposed research offers the insight for the key factors that influence HOR/HER in base. Based on the obtained knowledge, we would be able to design high-performance HOR/HER catalysts, providing the fundament of catalysis for solar-to-hydrogen conversion.
具有重要工业意义的氢氧化/氢生成(HOR/HER)在碱性体系下反应速率低下。酸性条件下,氢催化剂只需要一个指标即可解释其反应活性并可以此优化催化剂,即氢吸附能。然而关键的中间体——Had却与pH值并没有关系。这如何解释,成为了电化学界的争端焦点。目前没有任何理论能够支持所有的实验现象。明确无误的找出令催化过程变慢的因素并合理解决对应问题对于氢经济至关重要。我们的理论是:在碱性环境中,催化剂对氢的结合能并不重要;碱性环境下可由控制水分子构型或引入由氢氧基团(OH)主导的反应途径来达到降低反应能垒从而实现高pH值下的催化剂优化。我们提出以材料应力(strain)控制物质吸附、以电化学方法-光谱技术-石英微天平联用准确量化吸附物,从而深入探索影响氢反应在碱液中进行的真实因素,并以基础研究结果为指导,设计高效氢催化剂,为利用太阳能制氢提供催化剂基础。

结项摘要

具有重要工业意义的氢氧化/氢生成(HOR/HER)在碱性体系下反应速率低下。酸性条件下,氢催化剂只需要一个指标即可解释其反应活性并可以此优化催化剂,即氢吸附能。然而关键的中间体——Had却与pH值并没有关系。这如何解释,成为了电化学界的争端焦点。目前没有任何理论能够支持所有的实验现象。我们发现,碱性环境下可由控制水分子构型或引入由氢氧基团(OH)主导的反应途径来达到降低反应能垒从而实现高pH值下的催化剂优化。并以基础研究结果为指导,设计高效氢催化剂,为电解水制氢提供催化剂基础。在该项目支持下,我们发表科技论文25篇,其中包括Nature Catalysis一篇(封面)、PNAS一篇、JACS一篇、Adv.Mater.一篇,Nano Lett.三篇。申请中国专利8项,美国专利2项。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Alternative route for electrochemical ammonia synthesis by reduction of nitrate on copper nanosheets
通过还原铜纳米片上的硝酸盐电化学合成氨的替代途径
  • DOI:
    10.1016/j.apmt.2020.100620
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Materials Today
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Xianbiao Fu;Xingang Zhao;Xiaobing Hu;Kun He;Yanan Yu;Tao Li;Qing Tu;Xin Qian;Qin Yue;Michael R. Wasielewski;Yijin Kang
  • 通讯作者:
    Yijin Kang
Multifunctional covalent organic frameworks for high capacity and dendrite-free lithium metal batteries
用于高容量和无枝晶锂金属电池的多功能共价有机框架
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2019.10.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Energy Storage Materials
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Ying Xu;Yang Zhou;Tao Li;Shuaihu Jiang;Xin Qian;Qin Yue;Yijin Kang
  • 通讯作者:
    Yijin Kang
Can carbon sponge be used as separator in Li metal batteries?
碳海绵可以用作锂金属电池的隔膜吗?
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2020.12.020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Energy Storage Materials
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Xu Ying;Yan Hanghang;Li Tao;Liu Yuan;Luo Jianmin;Li Weiyang;Cui Xiangyang;Chen Lei;Yue Qin;Kang Yijin
  • 通讯作者:
    Kang Yijin
Two-Dimensional Pd Rafts Confined in Copper Nanosheets for Selective Semihydrogenation of Acetylene
限制在铜纳米片中的二维钯筏用于乙炔的选择性半加氢
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.1c01124
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Fu Xianbiao;Liu Jian;Kanchanakungwankul Siriluk;Hu Xiaobing;Yue Qin;Truhlar Donald G;Hupp Joseph T;Kang Yijin
  • 通讯作者:
    Kang Yijin
Alternately Dipping Method to Prepare Graphene Fiber Electrodes for Ultra-high-Capacitance Fiber Supercapacitors
交替浸渍法制备超高电容纤维超级电容器用石墨烯纤维电极
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2020.101396
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    iScience
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Guoxing Qu;Yu Zhou;Jiahao Zhang;Lei Xiong;Qin Yue;Yijin Kang
  • 通讯作者:
    Yijin Kang

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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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