光辅助的醇类分子电氧化催化剂理性设计、可控构筑及耦合催化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21805156
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.5万
  • 负责人：
    刘静
  • 依托单位：
    青岛科技大学
  • 学科分类：
    B0905.电能源化学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In order to solve the problems of slow oxidation kinetics of alcohol in direct alcohol fuel cell, poisoning of Pt catalysts by COads and difficulty in breaking C-C bond of alcohol molecules above C2, photo-electro-thermal co-catalysis technology is employed in this project to promote the activation of alcohol molecules. We have proposed the optimization strategies of " organic-inorganic semiconductor heterojunction and metal-semiconductor schottky junction " nano-structure and " light trapping layer–interface layer–catalytic layer" structure for photo-electrocatalysts and photo-electrodes, respectively. Based on the theory and experiment, the high efficient alcohol oxidation photo-electro-catalyst and photoelectrode were fabricated by using the composite with structure of noble metal/organic dye molecule/transition metal oxide heterojunction. The activity and product distribution of photoelectrocatalytic alcohols oxidation were investigated by electrochemical method, micro-technique and on-line spectroscopic technique. The intrinsic structure-activity relationship was studied, and the reaction mechanism of photo-electro-thermal coupling catalysis was revealed. The feasibility and practicability of photo-assisted direct alcohol fuel cell were investigated. The research results of this project are expected to provide references for fuel cell catalysts and solar photo-electro conversion catalysts, and have important significance for expanding the application of photoelectro synergistic catalysis technology.
针对直接醇燃料电池中阳极醇氧化动力学慢，Pt催化剂COads毒化， C2以上醇分子C-C键难以断裂等关键问题，本项目拟利用光-电-热协同催化技术，高效活化醇分子。围绕光电催化剂和光电极分别提出“有机-无机半导体异质结和金属-半导体肖特基结”复合纳米结构和“捕光层-界面层-催化层”电极结构优化策略。结合理论和实验，构筑基于贵金属/有机染料分子/过渡金属氧化物异质结复合结构的高效醇氧化光电催化剂和光电极。采用电化学技术、显微和在线谱学技术，研究光电催化剂的构效关系，揭示光-电-热耦合催化的反应机制。构筑光辅助的直接醇燃料电池，考察光阳极的可行性和实用性。该项目的研究结果有望为燃料电池催化剂和太阳能光电转化催化剂提供参考，对拓展光电协同催化技术的应用具有有重要意义。

结项摘要

针对直接醇燃料电池中阳极醇氧化动力学慢，Pt催化剂COads毒化， C2以上醇分子C-C键难以断裂等关键问题，本项目利用光-电-热协同催化技术，高效活化醇分子，设计制备了多个高效醇氧化光电催化剂，系统研究了不同半导体氧化物载体对光电催化甲醇氧化的促进作用，并构筑光阳极，组装高性能光辅助的直接甲醇燃料电池。进一步，结合谱学、电化学技术等揭示了光电耦合催化作用本质，在WO3半导体表面，耦合过程对所施加的偏压具有依赖关系，在低偏压下，甲醇氧化主要依赖光生空穴的表面浓度；而在高偏压下光生空穴表面浓度达到极限，甲醇氧化电流的增加主要来自于铂表面的甲醇电氧化过程，光生空穴协助甲醇脱氢过程。而在BiVO4和V2O5半导体等则通过对水的活化氧化产生OH基，进而促进了甲醇在Pt表面的脱氢过程，加快反应速率。本项目为光电燃料电池的实用性和可行性提供了坚实的理论依据，对丰富催化学科基础理论具有一定的科学意义。.在该项目支持下，相关成果在本领域核心刊物发表SCI论文9篇，申请专利3件，授权2件，培养硕士2名。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
MOF-derived dual metal (Fe, Ni) -nitrogen-doped carbon for synergistically enhanced oxygen reduction reaction
MOF衍生的双金属（Fe，Ni）-氮掺杂碳用于协同增强氧还原反应
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2020.148017
  • 发表时间：
    2021-02-01
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Liu, Jing;Fan, Chaohua;Jiang, Luhua
  • 通讯作者：
    Jiang, Luhua
Three-dimensional Fe, N-doped carbon nanosheets on interconnected carbon skeletons as a highly efficient and stable electrocatalyst for oxygen reduction reaction
互连碳骨架上的三维Fe、N掺杂碳纳米片作为高效稳定的氧还原反应电催化剂
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.03.010
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Liu Jing;Zhu Yuanyuan;Li Xiaoke;Du Fanglin;Wang Rongfang;Jiang Luhua
  • 通讯作者：
    Jiang Luhua
Ultrafine Nickel Nanoparticles Encapsulated in N-Doped Carbon Promoting Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Media
包裹在氮掺杂碳中的超细镍纳米颗粒促进碱性介质中的氢氧化反应
  • DOI：
    10.1021/acscatal.1c01284
  • 发表时间：
    2021-06
  • 期刊：
    ACS Catalysis
  • 影响因子：
    12.9
  • 作者：
    Wang Jie;Dong Xue;Liu Jing;Li Wenzhen;Roling Luke T.;Xiao Jianping;Jiang Luhua
  • 通讯作者：
    Jiang Luhua
Plasmon-Enhanced Photocatalysis Coupling Electrocatalysis Steering Methanol Oxidation toward a CO-Free Dominant Pathway
等离激元增强光催化耦合电催化引导甲醇氧化走向无CO主导途径
  • DOI：
    10.1021/acscatal.1c03756
  • 发表时间：
    2021-10
  • 期刊：
    ACS Catalysis
  • 影响因子：
    12.9
  • 作者：
    Xie Xingming;Feng Jianguang;Cui Xuejing;Liu Jing;Jiang Luhua;Dong Lifeng
  • 通讯作者：
    Dong Lifeng
Recent Progress on Photo-Promoted Alcohol Electrooxidation for Fuel Cells
燃料电池光促进醇电氧化的最新进展
  • DOI：
    10.1002/ente.202000842
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Energy Technology
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Liu Jing;Fan Chaohua;Xie Xingming;Jiang Luhua
  • 通讯作者：
    Jiang Luhua

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其他文献

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  • 通讯作者：
    刘元波
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    10.16383/j.aas.2018.c160544
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    2018
  • 期刊：
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  • 作者：
    曾令豪;刘静;韩崇昭
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    韩崇昭
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    周庭梁
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    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    沈学文;刘爱;邬艳;刘静;余晓慧
  • 通讯作者：
    余晓慧
Spatiotemporal variation of late Quaternary river incision rates in southeast Tibet, constrained by dating fluvial terraces
受河流阶地测年约束的西藏东南部晚第四纪河流下切率时空变化
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  • 发表时间：
    2018-09
  • 期刊：
    Lithosphere
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    张金玉;刘静;Scherler Dirk;Yin A.;王伟;唐茂云;李占飞
  • 通讯作者：
    李占飞

其他文献

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刘静的其他基金

基于限域调控的碱性氢氧燃料电池阳极非贵金属催化剂研究
  • 批准号：
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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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