电活性生物大分子/导电聚合物水凝胶电化学性能的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51673062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0309.光电磁功能有机高分子材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Lignin, possessing excellent electroactive biopolymer, cannot be directly used as supercapacitor electrode material for its non-conducting property. The proposed project is to prepare lignosulfonate sodium (Ligs), a derivative of lignin, and conducting polymers composite hydrogels. Upon the success of proposed project, as-prepared composite hydrogels used as supercapacitor electrodes will exhibit prominent mechanical and electrochemical performance. The proposed project will focus on the following sections: 1) the preparation of Ligs/PANI hydrogel through chemical oxidative polymerization of aniline in the presence of Ligs; 2) the preparation of Ligs/PANI hydrogel through hydrothermal treatment between Ligs and PANI; 3) the preparation of Ligs/PPY hydrogel through chemical oxidative polymerization of pyrrole in the presence of Ligs; 4) the investigating electrochemical performance of as-prepared composite hydrogels in redox-active electrolyte containing hydroquinone or catechol. The forming mechanism, mechanical properties and electrochemical performances of as-prepared composite hydrogels, and the reaction mechanism of the redox-active electrolyte in the interface between electrode and electrolyte will be a deep understanding. It is expected that high performance and cost-effective composite electrodes will be obtained after the proposed project accomplished.
生物高分子木质素具有优异的电活性,但由于其导电性能差,难以直接用作超级电容器电极材料。本项目主要目的是:合成木质素衍生物木质素磺酸钠 (Ligs)和导电高分子复合形成水凝胶。通过控制实验参数,以期获得的复合水凝胶被作为超级电容器电极时具有优异的电化学和力学性能。主要研究内容包括:1)在Ligs溶液中聚合苯胺制备Ligs/PANI(聚苯胺)水凝胶;2)Ligs和PANI混合水溶液,经水热过程,直接合成Ligs/PANI水凝胶;3)在Ligs溶液中直接聚合吡咯制备Ligs/PPY(聚吡咯)水凝胶;4)采用含对苯二酚(或邻苯二酚)的氧化还原活性电解质来研究复合水凝胶的电化学性能。研究以上复合水凝胶的形成机理、力学和电化学性能,以及氧化还原活性电解质在电极界面的反应机理。通过该项目的实施,以期开拓一种价廉的高性能的复合电极材料。

结项摘要

导电聚合物具有长链共轭结构、高度可逆的氧化还原性,随着氧化还原反应的进行掺杂离子发生掺杂和脱掺杂产生较大的赝电容,从而被广泛研究作为超.级电容器电极材料。导电聚合物水凝胶,由于具有多孔的特性和导电的网络结构,被认为是提高导电聚合物电极材料的优良结构之一。其多孔性和导电网络结构缩短了离子的扩散距离且同时提高了电荷的扩散速度,能减少聚合物由于膨胀和收缩导致的降解,从而有利于提高该电极的倍率性能和循环稳定性。木质素是一种生物大分子,在自然界中,木质素的储量仅次于纤维素,是制浆、造纸工业的副产品。迄今为止,大量的木质素或“黑液”直接排入江河或浓缩后烧毁,很少得到有效利用。由于木质素的分子结构中存在酚类功能基团,如香豆醇、松柏醇和芥子醇等电活性基团,能进行可逆氧化/还原化学反应。生物质高分子木质素(或者单宁酸)具有优异的电活性,但由于其导电性能差,难以直接用作超级电容器电极材料,导电聚合物如聚苯胺和聚吡咯具有较好的电化学性能而稳定性较差。本项目通过木质素衍生物木质素磺酸钠 (Ligs) 或者单宁酸与二维导电材料复合形成性能较高的柔性超级电容器电极,通过原位聚合的方法限域合成了木质素磺酸钠/聚苯胺水凝胶;通过控制实验参数,合成了一系列的具有较高力学强度和电化学性能的电活性生物质/导电聚合物水凝胶,探讨了水凝胶的控制参数和构效;通过炭化和/或活化电活性生物质和导电聚合物,获得了一系列高电化学性能的碳基电极材料。通过本项目的实施,已发表和接受高水平论文20篇,其中Ⅰ区论文14篇,授权发明专利1项,另外:培养了13名硕士研究生。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
High-Performance Biomass-Based Flexible Solid-State Supercapacitor Constructed of Pressure-Sensitive Lignin-Based and Cellulose Hydrogels
由压敏木质素和纤维素水凝胶构成的高性能生物质基柔性固态超级电容器
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b05171
  • 发表时间:
    2018-07-04
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Peng, Zhiyuan;Zou, Yubo;Yang, Wantai
  • 通讯作者:
    Yang, Wantai
Facile Preparation of an Excellent Mechanical Property Electroactive Biopolymer-Based Conductive Composite Film and Self-Enhancing Cellulose Hydrogel to Construct a High-Performance Wearable Supercapacitor
轻松制备机械性能优异的电活性生物聚合物基导电复合薄膜和自增强纤维素水凝胶,构建高性能可穿戴超级电容器
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.0c01118
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Peng, Zhiyuan;Zhong, Wenbin
  • 通讯作者:
    Zhong, Wenbin
Facile synthesis of high nitrogen-doped content, mesopore-dominated biomass-derived hierarchical porous graphitic carbon for high performance supercapacitors
用于高性能超级电容器的高氮掺杂含量、介孔主导的生物质衍生的分级多孔石墨碳的简便合成
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2020.135615
  • 发表时间:
    2020-02-20
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Lin, Yi;Chen, Zeyu;Zhong, Wenbin
  • 通讯作者:
    Zhong, Wenbin
Synthesis of morphology-tunable electroactive biomass/graphene composites using metal ions for supercapacitors
使用用于超级电容器的金属离子合成形态可调的电活性生物质/石墨烯复合材料
  • DOI:
    10.1039/c9nr00659a
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Xiong Changlun;Zou Yubo;Peng Zhiyuan;Zhong Wenbin
  • 通讯作者:
    Zhong Wenbin
Biligand metal-organic coordination polymer to prepare high N-doped content and structure controllable porous carbon with high-electrochemical performance
双配体金属有机配位聚合物制备高氮掺杂含量、结构可控的高电化学性能多孔碳
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.04.025
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Li Hao;Yu Chuying;Zhou Yang;Tuo Huaijin;Zhong Wenbin
  • 通讯作者:
    Zhong Wenbin

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生物质/聚吡咯复合材料的电化学性能研究
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    熊昌伦

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AI项目解读示例

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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