基于碳/氮族二维材料负载Pt/Pd单原子的锂氧电池正极体系氧析出催化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51802187
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 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

The proposal of Pt/Pd single atom catalysts (SACs) and the development of Group-IV/V two-dimensional supporters, such as silicene and phosphorene has brought new opportunities to solve the problems of high Li2O2 decomposition potential in Li-O2 batteries. Over the past few years, many studies have focused on the preparation and performance characterizations of SACs. However, the effect of the unique electronic properties of Pt/Pd single atom on the OER catalytic mechanism remains essentially unclear. In this project, by using the first-principles calculations, molecular dynamics simulations combined with the experimental verifications, we aim to uncover the changing effects of the coordination environment and electronic structure of different defect or B/N/S-doped 2D supporters (graphene, silicene and phosphorene) on the adsorption properties of Pt/Pd SACs, and their interfacial bonding performance with Li2O2. Moreover, we expect to reveal the connections between the structural/electronic properties of the 2D materials supporting SACs and the desorption choice of the decomposition products, such as Li+, O2, as well as the catalytic reaction barrier of OER. It then proposes optimized strategies for co-regulating the catalytic activity and stability of Pt/Pd SACs by Group-IV/V 2D supporters, thus providing more practical suggestions on studying SACs supported by 2D materials.
Pt/Pd单原子催化剂的提出与硅烯、磷烯等碳/氮族二维载体的发展为解决锂氧电池Li2O2高分解电位问题带来新机遇。在过去几年中,已有一些研究集中于负载型单原子催化剂的制备和性能表征,但就单原子体系独特的结构与性质对氧析出(OER)催化机制的影响需要更为全面的认识。本项目基于石墨烯、硅烯、磷烯负载Pt、Pd单原子锂氧电池正极材料的构筑,采用第一性原理计算、分子动力学模拟并结合实验验证,探索缺陷/掺杂(硼、氮、硫掺杂及共掺)改性的二维载体配位环境、电子结构等性质的变化对Pt、Pd单原子吸附及其与Li2O2界面接合性能的影响机理,揭示二维材料负载单原子催化剂结构/电子特性与Li+、O2等分解产物的脱附选择性及OER催化反应势垒之间的关联规律,提出碳/氮族二维载体对Pt/Pd单原子OER催化活性及稳定性进行协同调控的优化方案,为二维材料负载单原子催化剂实用化研究提供指导和思路。

结项摘要

硅烯、磷烯等碳/氮族二维材料负载Pt/Pd单原子催化剂的提出为解决锂氧电池Li2O2高分解电位问题带来新机遇。迫切需要从调控电极微观结构、电荷转移等的角度,有机地融合理论、计算和实验方法,对包含锂氧电池等二次电池中充放电电压、比容量以及结构稳定性等方面开展系统的研究工作。本项目则首先从配位场理论方法出发并结合可直接计算电子分布及占据特性的第一性原理计算方法,对二次电池充放电过程中决定电压的费米能级计算模型、衡量相结构稳定性的晶体场稳定化能计算公式、调控阴离子氧化还原活性的理论模型等进行了严格的推导。在此基础上,提出针对刚性带体系的电压调控和含不同周期元素相结构稳定性预测等一系列电极能量密度/相稳定性改进策略,并成功设计出无过渡金属LiBCF2正极材料。本项目拓展了配位场理论在离子嵌入电化学中的应用,为后续从电子的能带调控角度设计高能量密度嵌入式电极材料提供思路。发表Natl. Sci. Rev., Chem. Rev.等SCI论文17篇,在《储能科学与技术》发表特约论文1篇;国内外学术会议邀请/口头报告9次,获优秀口头报告奖3次;培养硕士毕业生2名、在读硕士生7名。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Uncovering the Surface and Phase Effect of Molybdenum Carbides on Hydrogen Evolution: A First-Principles Study
揭示碳化钼对析氢的表面和相效应:第一性原理研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.9b04461
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yu Guang-Qang;Huang Bo-Ying;Chen Xiaobo;Wang Da;Zheng Feipeng;Li Xi-Bo
  • 通讯作者:
    Li Xi-Bo
Uncovering the Potential of M1-Site-Activated NASICON Cathodes for Zn-Ion Batteries
揭示 M1 位点激活 NASICON 阴极在锌离子电池中的潜力
  • DOI:
    10.1002/adma.201907526
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Hu Pu;Zou Zheyi;Sun Xingwei;Wang Da;Ma Jun;Kong Qingyu;Xiao Dongdong;Gu Lin;Zhou Xinhong;Zhao Jingwen;Dong Shanmu;He Bing;Avdeev Maxim;Shi Siqi;Cui Guanglei;Chen Liquan
  • 通讯作者:
    Chen Liquan
Ultrasmall Co3O4 Nanoparticles Confined in P, N-Doped Carbon Matrices for High-Performance Supercapacitors
用于高性能超级电容器的 P、N 掺杂碳基质中超小的 Co3O4 纳米颗粒
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.0c01539
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yang Jingdong;Xu Xueyan;Zhou Xufeng;Jiang Shunqiong;Chen Wen;Shi Siqi;Wang Da;Liu Zhaoping
  • 通讯作者:
    Liu Zhaoping
Correlated Migration Invokes Higher Na+-Ion Conductivity in NaSICON-Type Solid Electrolytes
相关迁移导致 NaSICON 型固体电解质具有更高的 Na 离子电导率
  • DOI:
    10.1002/aenm.201902373
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advanced Energy Materials
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Zhang Zhizhen;Zou Zheyi;Kaup Kavish;Xiao Ruijuan;Shi Siqi;Avdeev Maxim;Hu Yong-Sheng;Wang Da;He Bing;Li Hong;Huang Xuejie;Nazar Linda F.;Chen Liquan
  • 通讯作者:
    Chen Liquan
离子嵌入电化学反应机理的理解及性能预测:从晶体场理论到配位场理论
  • DOI:
    10.3389/fendo.2020.00007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    储能科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王达;周航;焦遥;王佳民;施维;蒲博伟;李铭清;宁芳华;任元;喻嘉;李亚捷;李彪;施思齐
  • 通讯作者:
    施思齐

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王达
同型半胱氨酸对小鼠尿砷代谢及血中谷胱甘肽和总抗氧化能力的影响
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    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢响响;王达;杨博逸;李永芳;刘宇岩;郅雪原;范淑君;孙贵范
  • 通讯作者:
    孙贵范

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

        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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