高活性与乙醇选择性CuAg/Ti3C2催化剂的可控电沉积制备及其CO2RR机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21902021
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    刘安敏
  • 依托单位：
    大连理工大学
  • 学科分类：
    B0205.电化学
  • 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

Electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) to high value-added ethanol shows great research value and practical prospect, however, the development of CO2RR to ethanol is seriously restricted by the problems of low catalytic activity and ethanol selectivity. To solve those problems, two-dimensional Ti3C2 with good capability of CO2 capture and fast mass transfer will be used as catalyst carrier to prepare CuAg/Ti3C2 catalyst by controllable electrodeposition for the study of CO2RR to ethanol in this project..Theoretical calculations will be used to simulate the reaction pathway of CO2RR to ethanol on CuAg/Ti3C2 catalyst, the influence of structure and composition on catalytic activity and ethanol selectivity will be predicted. CuAg nanoparticles will be prepared by controllable electrodeposition on the Ti3C2 carrier with high specific surface area and the co-deposition mechanism of CuAg will be explored. The influence of the structure and composition of CuAg/Ti3C2 catalyst on the catalytic activity of CO2RR and ethanol selectivity will be studied by experiments. The synergistic catalytic mechanism of CO2RR between Cu, Ag, and Ti3C2 will be further elucidated, and then the mechanism of CO2RR to ethanol on CuAg/Ti3C2 catalyst will be proposed. Finally, CuAg/Ti3C2 catalyst with high catalytic activity and ethanol selectivity will be obtained. The study in this project is of great significance for the design and preparation of high performance catalysts as well as promoting the research of CO2RR.
电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）制高附加值乙醇具有重要研究价值与应用前景，但催化剂活性与乙醇选择性不高的问题严重制约其发展。针对这一问题，本项目提出利用CO2捕集能力强、传质速度快的二维Ti3C2为载体，电沉积法可控制备CuAg/Ti3C2催化剂用于CO2RR制乙醇的研究。.通过理论计算模拟CuAg/Ti3C2催化CO2RR制乙醇的反应路径，预测结构与组成对其催化活性与乙醇选择性的影响；在高比表面积的Ti3C2载体上，可控电沉积制备CuAg纳米颗粒，并提出CuAg共沉积机理；探讨CuAg/Ti3C2催化剂结构及组成与其催化CO2RR活性及乙醇选择性之间的关系，弄清Cu、Ag、Ti3C2三者之间的协同催化机制，提出CuAg/Ti3C2催化CO2RR的机理；最终得到高催化活性与乙醇选择性的CuAg/Ti3C2催化剂。本项目研究对高性能催化剂设计制备、推动CO2RR研究具有重要意义。

结项摘要

电催化二氧化碳还原（CO2RR）制高附加值乙醇具有重要研究价值与应用前景，但催化剂活性与乙醇选择性不高的问题严重制约其发展。针对这一问题，本项目开展了以理论计算预测催化剂结构与组成对其催化CO2RR活性与选择性的影响，指导催化剂可控制备用于CO2RR。. 在项目执行过程中，围绕电催化CO2RR制备高附加值乙醇开展相关研究，通过理论计算，进行了Cu基合金催化剂的理论设计，设计不同结构或组成的CuAg、CuAu催化剂，预测其CO2RR性能与产物选择性，选定适用于CO2RR的Cu基合金催化剂的组成与结构。. 鉴于Ti3C2 MXene在催化剂载体中的重要作用，开发了以NaCl为辅助熔盐的MXene前驱体（MAX相Ti3AlC2）降温制备，将Ti3C2 MXene前驱体的合成温度降低200℃，在降温合成的基础上，构筑Ti3C2 MXene担载金属中心催化剂，并测试其催化性能。. 在理论计算的基础上，开展了Ti3C2 MXene担载CuAg等金属活性中心的制备及催化性能研究，测试催化剂的活性、产物选择性与稳定性，分析催化剂金属中心与Ti3C2 MXene在催化反应中的协同作用机制，结合理论计算构建催化反应路径，明确催化机理。同时，对研究方向进行了一定程度的延伸，研究了所得Ti3C2 MXene复合材料催化剂在电催化氮还原反应（NRR）中的性能，取得了良好效果，拓展了Ti3C2 MXene基催化剂的应用领域。.在本项目支持下已发表SCI论文35篇，申请发明专利4项（授权1项）。

项目成果

期刊论文数量（35）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
The reaction pathway of the CO2RR to low-carbon alcohols: a theoretical study
CO2RR生成低碳醇的反应路径：理论研究
  • DOI：
    10.1039/d0nj01265c
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    New Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Liu Anmin;Guan Weixin;Cao Qian;Ren Xuefeng;Gao Liguo;Zhao Qidong;Ma Tingli
  • 通讯作者：
    Ma Tingli
CO2 electroreduction by AuCu bimetallic clusters: A first principles study
AuCu 双金属簇的 CO2 电还原：第一原理研究
  • DOI：
    10.1002/er.7007
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    International Journal of Energy Research
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Liang Xingyou;Ren Xuefeng;Guo Mingmin;Li Yanqiang;Xiong Wei;Guan Weixin;Gao Liguo;Liu Anmin
  • 通讯作者：
    Liu Anmin
DFT practice in MXene-based materials for electrocatalysis and energy storage: From basics to applications
用于电催化和储能的 MXene 基材料的 DFT 实践：从基础到应用
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2022.06.070
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Haiding Zhu;Zhuangzhuang Liang;Sensen Xue;Xuefeng Ren;Xingyou Liang;Wei Xiong;Liguo Gao;Anmin Liu
  • 通讯作者：
    Anmin Liu
Self-assembly synthesis of Ni-decorated Nb2C MXene as an efficient and stable catalyst towards electrochemical nitrogen reduction
自组装合成Ni修饰的Nb2C MXene作为电化学氮还原高效稳定的催化剂
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2022.04.027
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Haiding Zhu;Sensen Xue;Zhuangzhuang Liang;Xingyou Liang;Guangxin Li;Xuefeng Ren;Liguo Gao;Qingyang Li;Tingli Ma;Anmin Liu
  • 通讯作者：
    Anmin Liu
Recent Progress in MXene-Based Materials: Potential High-Performance Electrocatalysts
MXene基材料的最新进展：潜在的高性能电催化剂
  • DOI：
    10.1002/adfm.202003437
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Liu Anmin;Liang Xingyou;Ren Xuefeng;Guan Weixin;Gao Mengfan;Yang Yanan;Yang Qiyue;Gao Liguo;Li Yanqiang;Ma Tingli
  • 通讯作者：
    Ma Tingli

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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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
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