润湿性导向电沉积自支撑铁族金属膜多结构-析氢性能协调机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51874020
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The self-supported and non-noble metal catalysts with high activity and good stability at fluctuant and large current density for hydrogen evolution reaction (HER) are urgently needed for water electrolysis driven by renewable energy. Metal electrodeposition in aqueous solution is the best method to prepare self-supported catalysts. However, the adsorption and separation of hydrogen bubbles is indispensable due to hydrogen evolution side reaction during electrodeposition, which will affect the structure and properties of metal films. At present, However, at present, the most of studies were focused on the effect regularities of various conditions on metal electrodeposition. The wettability is the key factor to determine the adsorption and separation of bubbles. The evolution regularity of surface structure of electrodeposited metal films is not understood based on the adjustment of wettability. Therefore, the structure and properties of electrodeposited metal films can not be adjusted accurately. In this item, a novel method that self-supported iron-group metal films as HER electrode with various structures are electrodeposited based on the adjustment function of wettability is proposed. The relationships between wettability and surface structures of electrodeposited metal films are studied. The evolution regularities of metal reduction kinetics and bubble separation characteristics during metal electrodeposition are investigated. The formation mechanism of different mirco-nano structure is analyzed. The long-term effects of wettability on the evolution of micro-nano structure are analyzed. The adjustment mechanism of surface structure of electrodeposited metal films by wettability is discussed. The suitable structure and preparation method of self-supported iron-group metal films with the coordinated catalytic activity and stability at large current density are obtained. By this item, it provides theoretical direction for the preparation of HER electrode with good properties. The method also can be applied to fabricate compact-rough-porous metal films with various structure and properties.
催化活性高、波动性大电流稳定性好的自支撑非贵金属析氢电极是可再生能源驱动的水电解制氢过程节能的迫切需求。水溶液金属电沉积是制备自支撑薄膜状催化剂的最佳方法。然而,伴随的氢气泡析出-分离几乎不可避免,对薄膜构效调控起关键作用。现有金属电沉积侧重于宏观工艺的规律性研究,没有从决定气泡吸附分离的本质性质即润湿性出发,来认识电沉积金属表面结构的演化机制,致使薄膜构效定向调控难。本项目提出润湿性导向电沉积多结构自支撑铁族金属薄膜析氢电极新方法,重点研究润湿性对电沉积铁族金属膜多结构演变的作用规律,明确润湿性调节下气泡析出-金属还原动力学,解析差异性微纳结构形成与动态演变的长效性原理,阐释润湿性的导向机制,掌握催化活性和大电流稳定性匹配协调的自支撑铁族金属薄膜结构及其导向电沉积方法。本项目将为定向制备综合性能优异的析氢电极提供理论指导,也可扩展应用于可控电沉积平整-粗糙-多孔的多功能金属薄膜。

结项摘要

水溶液金属电沉积是制备自支撑薄膜状金属电极材料的最佳方法之一。然而,电沉积过程伴随的氢气泡析出-分离不可避免,将显著影响电沉积金属薄膜的结构和性能。润湿性是气泡吸附分离的本质驱动力。鉴于比,本项目创新性提出润湿性导向电沉积多结构自支撑铁族金属薄膜新方法。围绕项目核心思路和关键科学问题,获得了基于液相和固相的润湿性调节策略,解析了液相调节下电沉积金属薄膜微纳结构与表面润湿性动态演变行为,探明了固相调节润湿性对气泡分离和电沉积多孔金属薄膜结构的作用规律,阐释了润湿性导向电沉积多孔金属薄膜结构调节机理,提出了具有优异大电流全水电解性能的自支撑相分离Co-P基多孔金属薄膜,设计制备了自支撑多孔NixFe–S/NiFe2O4异质结析氢和析氧双功能电催化剂。在此基础上,扩展研究制备了气-液-固界面电化学构筑高负载、自支撑多孔Co-P基铝离子电池正极。本项目研究成果将为电沉积金属薄膜在平整-粗糙-多孔间的可控调节和制备综合性能优异的功能电极材料提供理论基础和技术支撑。基于上述研究,在Adv Mater等高水平期刊发表论文14篇,其中SCI论文13篇(IF>10 共5篇),申请发明专利3项(其中授权2项);出站博士后1名,培养硕/博研究生6名(其中已毕业3名);培养青年科技骨干4名,其中负责人入选“万人计划”青年拔尖人才,参与骨干晋升副高级专业技术职称1名,获高等学校科学研究优秀成果奖科学技术自然科学二等奖。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Self-supporting 3D hierarchically porous CuNi-S cathodes with dual-phase structure for rechargeable Al battery
用于可充电铝电池的双相结构自支撑3D分级多孔CuNi-S正极
  • DOI:
    10.1039/d1se01469b
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Sustainable Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Aijing Lv;Songle Lu;Wenjing Yan;Wentao Hu;Mingyong Wang
  • 通讯作者:
    Mingyong Wang
Novel (Pt-Ox)-(Co-Oy) non-bonding active structures on defective carbon from oxygen-rich coal tar pitch for efficient HER and ORR
来自富氧煤焦油沥青的缺陷碳上的新型 (Pt-Ox)-(Co-Oy) 非键合活性结构可实现高效的 HER 和 ORR
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Jintao Zhang;Mingyong Wang;Tingting Wan;Haotian Shi;Aijing Lv;Wei Xiao;Shuqiang Jiao
  • 通讯作者:
    Shuqiang Jiao
Self-supporting and dual-active 3D Co-S nanosheets constructed by ligand replacement reaction from MOF for rechargeable Al battery
MOF配体置换反应构建的自支撑双活性3D Co-S纳米片用于可充电铝电池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Aijing Lv;Songle Lu;Mingyong Wang;Haotian Shi;Wenjing Yan;Shuqiang Jiao
  • 通讯作者:
    Shuqiang Jiao
Freestanding hierarchically 3D porous Co2P-Co@C films with superior electrochemical kinetics for enhanced lithium-ion batteries anode performance
独立式分层 3D 多孔 Co2P-Co@C 薄膜具有优异的电化学动力学,可增强锂离子电池阳极性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Xiangtao Yu;Xiangyu Ren;Lingbo Guo;Zhangfu Yuan;Zhuyin Sui;Mingyong Wang
  • 通讯作者:
    Mingyong Wang
超重力方向调节电沉积镍箔表面形貌和力学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    有色金属科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董亮;郭丰;王明涌
  • 通讯作者:
    王明涌

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其他文献

Effects of gravity on electrodeposition and characterization of nickel foil
重力对镍箔电沉积和表征的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Minerals Metallurgy and Materials
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    王明涌;郭占成;王志;刘婷
  • 通讯作者:
    刘婷
超重力场强化铅电沉积的规律与机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王明涌;郭占成;王志
  • 通讯作者:
    王志
The structure evolution of NiW films electrodeposited under super gravity field
超重力场电沉积NiW薄膜的结构演化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Materials Letter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王志;郭占成;王明涌
  • 通讯作者:
    王明涌
A位掺杂Ru对SPS制备LaCrO 3 陶瓷导电性的影响及其作为熔盐中惰性阳极的可行性
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.25.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    焦汉东;王明涌;宋维力;焦树强
  • 通讯作者:
    焦树强
Water electrolysis enhanced by super gravity field for hydrogen production
超重力场增强水电解制氢
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2010.01.128
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    王明涌;王志;郭占成
  • 通讯作者:
    郭占成

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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