基于二维导电网络的过渡金属氧化物@煤沥青基氮掺杂石墨烯材料的性能调控及其界面作用机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1960107
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E04.矿业与冶金工程
  • 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

Our country is rich in coal tar pitch resources. However, the effective and high value-added utilization technology of coal tar pitch is scarce, and the added value of products is low, then have become a bottleneck problem of sustainable development for coking industry. The coal tar pitch used as raw material is carbonized in a limited range of tripolycyanamide and in situ formed g-C3N4, and then the nitrogen-doped graphene with two-dimensional conductive network are constructed. The computational methods that are suitable for describing the surface effects and carrier transport mechanism of transitional metal oxide materials are proposed, and the effect of nitrogen-doped graphene coating layer on the electrochemical performance of transitional metal oxide materials and the factors affecting structure stability and carrier transport performance of the materials are illuminated. The transitional metal oxides@coal tar pitch-based nitrogen-doped graphene materials are synthesized controllably by a self-organization method. In combination with the in situ and ex situ electrochemical techniques, the electrode reaction kinetics between the materials and electrolyte at the surface/interface and structural evolution of the materials during the intercalation and deintercalation of lithium are revealed. The interface interaction mechanisms between transitional metal oxides and coal tar pitch-based nitrogen-doped graphene are understood, and the mechanism on preparation, construction and performance regulation of coal tar pitch-based nitrogen-doped graphene are broken. The research results of this project contribute to achieving the functional design and preparation of high-performance transitional metal oxides@coal tar pitch-based nitrogen-doped graphene materials under the guidance of theory system, and then improve the utilization value of secondary resources.
我国煤沥青资源丰富,但缺乏煤沥青高效高附加值利用的技术,产品附加值低,已成为制约焦化行业可持续发展的瓶颈问题。项目以煤沥青为原料,提出煤沥青在三聚氰胺和原位生成的g-C3N4空间限域下碳化,构筑二维导电网络的氮掺杂石墨烯。采用第一性原理建立适用于描述过渡金属氧化物材料表面效应和载流子输运机制的计算方法,阐明氮掺杂石墨烯包覆层对过渡金属氧化物材料的电化学性质的影响机制以及影响材料结构稳定性和载流子输运性能的因素。利用液相自组装方法可控合成过渡金属氧化物@煤沥青基氮掺杂石墨烯材料,结合电化学原位及非原位技术,揭示材料与电解液表面/界面处的电极反应动力学及材料锂化过程中的结构演化,明晰过渡金属氧化物和煤沥青基氮掺杂石墨烯的界面作用机制,突破煤沥青基氮掺杂石墨烯材料的制备、结构及性能调控机理,实现理论指导下高性能过渡金属氧化物@煤沥青基氮掺杂石墨烯材料的功能化设计与制备,提升二次资源利用价值。

结项摘要

我国煤沥青资源丰富,但缺乏煤沥青高效高附加值利用的技术,产品附加值低,已成为制约焦化行业可持续发展的瓶颈问题。项目以煤沥青为原料,通过纳米碳酸钙模板法成功合成了多孔碳,提出煤沥青在三聚氰胺和原位生成的g-C3N4空间限域下碳化,构筑二维导电网络的氮掺杂石墨烯。以煤沥青基碳材料作为包覆层,以双金属氧化物为研究对象,制备了高性能的煤沥青基多孔碳@钴基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料。利用静电纺丝技术,成功制备了由一维无定形的氮原子掺杂的纯硬碳和软碳/硬碳复合碳纤维材料,研究了其储锂性能。通过静电纺丝方式在软碳/硬碳复合无定形碳纤维材料中掺入适量的过渡金属氧化物(MOx),合成了C-M复合纤维材料和C-M-MOx自支撑电极作为锂离子电池负极材料。然后利用第一性原理计算,建立过渡金属氧化物材料的电子结构与宏观性能之间的内在联系,阐明氮掺杂碳包覆层对过渡金属氧化物材料的电化学性质的影响机制以及影响材料结构稳定性和载流子输运性能的因素。利用电化学ex-situ XRD技术并结合Rietveld精修技术研究煤沥青基材料本征的反应动力学及材料脱嵌锂过程中的结构演化,明晰此类材料的嵌脱锂反应机理。结合第一性原理方法对锂离子在材料内部脱嵌过程中的扩散路径进行研究,计算各传输通道的活化势垒,研究锂离子嵌入脱出动力学问题,最终确定其储锂机制。利用原位/非原位技术等多种原位手段相结合,揭示材料与电解液表面/界面处的电极反应动力学,材料锂化过程中的结构演化,解决过渡金属氧化物和煤沥青基碳的界面作用机制问题,找到材料的失效机制和容量衰减原因,实现理论指导下高性能、高稳定性的过渡金属氧化物@煤沥青基碳材料的功能化设计与制备。

项目成果

期刊论文数量(47)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Towards high-performance anodes: Design and construction of cobalt-based sulfide materials for sodium-ion batteries
迈向高性能负极:钠离子电池用钴基硫化物材料的设计和构建
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2020.06.005
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Guan Baole;Qi Siyu;Li Ying;Sun Ting;Liu Yanguo;Yi Tingfeng
  • 通讯作者:
    Yi Tingfeng
Towardhigh-performance Li storage anodes: design and construction of spherical carbon-coated CoNiO2 materials
迈向高性能锂存储阳极:球形碳包覆CoNiO2材料的设计和构建
  • DOI:
    10.1016/j.mtchem.2020.100407
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Today Chemistry
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    T.-F. Yi;J.-P. Qu;X. Lai;X. Han;H. Chang;Y.-R. Zhu
  • 通讯作者:
    Y.-R. Zhu
Sodium-deficient O3–Na0.75Fe0.5-Cu Mn0.5O2 as high-performance cathode materials of sodium-ion batteries
缺钠O3·Na0.75Fe0.5-Cu Mn0.5O2作为高性能钠离子电池正极材料
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2022.109912
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Composites Part B: Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ting-Ting Wei;Nan Zhang;Yu-Shen Zhao;Yan-Rong Zhu;Ting-Feng Yi
  • 通讯作者:
    Ting-Feng Yi
Porous spherical NiO@NiMoO4@PPy nanoarchitectures as advanced electrochemical pseudocapacitor materials
多孔球形NiO@NiMoO4@PPy纳米结构作为先进电化学赝电容器材料
  • DOI:
    10.1016/j.scib.2020.01.011
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science Bulletin
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Yi Ting-Feng;Qiu Li-Ying;Mei Jie;Qi Si-Yu;Cui Ping;Luo Shaohua;Zhu Yan-Rong;Xie Ying;He Yan-Bing
  • 通讯作者:
    He Yan-Bing
Approaching High-Performance Supercapacitors via Enhancing Pseudocapacitive Nickel Oxide-Based Materials
通过增强赝电容氧化镍基材料来接近高性能超级电容器
  • DOI:
    10.1002/adsu.201900137
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Sustainable Systems
  • 影响因子:
    7.1
  • 作者:
    Ting Feng Yi;Ting Ting Wei;Jie Mei;Wenchao Zhang;Yanrong Zhu;Yan Guo Liu;Shaohua Luo;Haiping Liu;Yan Lu;Zaiping Guo
  • 通讯作者:
    Zaiping Guo

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超级电容器NiCo2O4材料的水热法合成及其电化学性能
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  • 通讯作者:
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层状高熵金属氧化物正极材料的组分调控与储钠机制及其载流子输运特性
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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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