木质素基活性碳纤维物电特性调控机理及其在超级电容器中电学性能的构效关系研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31901264
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    游翔宇
  • 依托单位：
    陕西科技大学
  • 学科分类：
    C1604.林产化学
  • 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

Development of lignin based activated carbon fibers (LACFs) and its application in supercapacitor is one of the most prospective utilizations of lignin. As an electrode material，the morphological characteristics and electrical properties of LACF are the main factors to improve the performance of supercapacitor. Our previous studies were mainly focused on its morphology modifications, such as increasing the specific surface area and controlling pore size distribution of LACFs. However, its conductivity, another important parameter to improve the performance of supercapacitors, still has not been systematically studied. To solve this problem, we are aiming at revealing the regulation mechanism of the conjugated carbon frames under 1500oC to improve the conductivity of LACFs. In addition, the influence of specific surface area and pore size distribution will also be worked on, and the structure-performance relationship between "lignin based ACFs" and "electrical performance of supercapacitors" will be established. In a strategy view of converting lignin to value-added material, this study is an application extension in the field of energy storage devices, and it will also provide new ideas and scientific basis in other interdisciplinary researches.
木质素基活性碳纤维及其在超级电容器中的应用是木质素最具前景的高值化应用之一。作为电极材料，木质素基活性碳纤维的物电特性（比表面积、孔径分布、电导率）是提高超级电容器电学性能的关键。前期工作中，申请人已经在增大碳纤维比表面积和控制孔径分布方面进行了深入研究，而其电导率对超级电容器电学性能的影响还未阐明，这也是限制该电学性能进一步提高的重要因素。本项目将重点研究低温条件（1500oC以内）下共轭碳晶结构的形成机制，进而提高活性碳纤维的电导率；同时兼顾比表面积和孔径分布，系统研究木质素基活性碳纤维物电特性对超级电容器电学性能的影响。从而阐明不同制备方法对木质素基活性碳纤维共轭碳晶结构（电导率）的调控机制，并揭示其物电特性与超级电容器电学性能的构效关系，为提高木质素附加值及其在储能材料领域的应用提供科学依据。

结项摘要

本项目针对不同种类的木质素原料特性，设计高压静电纺丝和熔融纺丝两种不同路径，制备出相应的木质素基活性碳纤维。研究结果显示，两种制备方法均具有制备时间短、能量消耗少的特点（预氧化时间由72h缩短到2.5h）。在不同制备方法和变量条件下，木质素基活性碳纤维均具有较高的比表面积和不同的孔径分布；且在乙酰丙酮镍的催化作用下，木质素纤维可在低温（1500oC以下）快速形成共轭碳晶结构，并形成了整体石墨化和表层石墨化的两种木质素基活性碳纤维。进而通过共轭碳晶结构的定量表征和热学分析，解译出木质素分子在不同温度下的“降解-碳化-石墨化”过程。最后，本项目结合碳纤维比表面积、孔径分布、共轭碳晶结构等木质素基活性碳纤维基础数据，重点对用其组装的超级电容器进行性能调控。受到木质素基活性碳纤维共轭碳晶结构的影响，超级电容器的电学性能与无该结构样品相比，电容量、功率密度、能量密度分别提高450%、450%和260%。因此，本研究可以作为木质素制备具有特征结构碳纤维的可靠依据，拓展木质素的高附加值应用的有效途径，并为其储能特性的研究和应用提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Supertough Lignin Hydrogels with Multienergy Dissipative Structures and Ultrahigh Antioxidative Activities
具有多能量耗散结构和超高抗氧化活性的超韧木质素水凝胶
  • DOI：
    10.1021/acsami.0c10657
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    You Xiangyu;Wang Xuelian;Zhang Hui Jie;Cui Kunpeng;Zhang Aokai;Wang Linping;Yadav Ch;ravati;Li Xinping
  • 通讯作者：
    Li Xinping
Edible hydrogel from gelatin and alginate as functional low‐calorie noodle
由明胶和海藻酸盐制成的可食用水凝胶作为功能性低热量面条
  • DOI：
    10.1002/app.53281
  • 发表时间：
    2022-10
  • 期刊：
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Lini Wang;Hui Jie Zhang;Xinyi Wang;Wenying Zhao;Weihua Yan;Fangjian Zhang;Yanjun Li;Xiangyu You
  • 通讯作者：
    Xiangyu You
A Physically Cross-Linked Sodium Alginate-Gelatin Hydrogel with High Mechanical Strength
一种具有高机械强度的物理交联海藻酸钠-明胶水凝胶
  • DOI：
    10.1021/acsapm.1c00404
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    ACS Applied Polymer Materials
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Wang Lini;Zhang Hui Jie;Liu Xueqian;Liu Yun;Zhu Xing;Liu Xinhua;You Xiangyu
  • 通讯作者：
    You Xiangyu
Dynamic bonds enable high toughness and multifunctionality in gelatin/tannic acid-based hydrogels with tunable mechanical properties
动态键使明胶/单宁酸基水凝胶具有高韧性和多功能性，并具有可调的机械性能
  • DOI：
    10.1039/d1sm01201k
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Soft Matter
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Zhang Hui Jie;Wang Xinyi;Wang Lini;Sun Tao Lin;Dang Xugang;King Daniel R.;You Xiangyu
  • 通讯作者：
    You Xiangyu
Effect of Hydrophobic Side Group on Structural Heterogeneities and Mechanical Performance of Gelatin-Based Hydrogen-Bonded Hydrogel
疏水侧基对明胶基氢键水凝胶结构异质性和力学性能的影响
  • DOI：
    10.1021/acs.macromol.2c01386
  • 发表时间：
    2022-08
  • 期刊：
    Macromolecules
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Huijie Zhang;Xinyi Wang;Yuxi Yang;Tao Lin Sun;Aokai Zhang;Xiangyu You
  • 通讯作者：
    Xiangyu You

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其他文献

基于边光滑有限元法的加筋板静力和自由振动分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    计算力学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    游翔宇;郑文成;李威;柴应彬;程聪
  • 通讯作者：
    程聪

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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