六元氮杂环类MOF碳化制备氮掺杂有序微孔活性碳的规律及其性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21473254
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    95.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0204.胶体与界面化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Metal organic frameworks (MOF) is now a hot research topic due to its high ordered structure and crystalline porous and has emerged as promising materials in the fields of gas storage, separation and catalysis. MOF is constructed from assembly of organic ligands with metal ions through coordination bond and its stability is less than carbon, therefore the carbonization using MOF or ZIF as precursor to prepare porous carbon has attracted more and more attentions. ZIF-derived porous carbons have showed efficient electrocatalysis for oxygen reduction reaction (ORR), which originates from the conjugation between the graphene π system and the nitrogen lone pair. Comparing to quintuple nitrogen containing heterocyclic compounds, in principle, hexahydroxy N- heterocyclic compounds should have more aromatic characteristics and much stronger catalytic activity. However, there is no any report in literature about carbonization using a MOF containing hexahydroxy N-heterocyclic ligands. In this research, a series of MOFs will be synthesized using hexahydroxy N-heterocyclic ligands and then a series of microporous carbons with highly ordered six-membered heterocyclic N-C structures will be prepared by carbonizing these MOFs. The transfer behaviours of ordered constructions and N-C structures in MOF to porous carbon during carbonization will be studied extensively. The natures of electrocatalysis and gas sorption for these novel N-doped carbons will also be studied. Doing this project will help us to understand the laws of MOF carbonization and at same time the new structures of MOFs and novel materials of N-doped carbon will be produced out.
MOF因其高度有序性和晶态多孔性而成为近年来的研究热点,在气体存储、分离及催化等方面具有很好的应用前景。但MOF是靠金属中心和配体以配位键的方式自组装而成,稳定性不如碳材料,所以用MOF或ZIF做前躯体进行碳化的研究引起了广泛关注。因为咪唑类五元氮杂环的芳香性π体系和氮原子孤对电子的协同效应,ZIF型碳显示出优良的电催化性能。从理论上讲,六元氮杂环的芳香性更强,与氮原子协同作用产生的催化效果应该更好。然而,由含六元氮杂环MOF碳化制备氮掺杂碳材料还未见公开报道。本申请拟用各种含六元氮杂环配体合成一系列MOF并进行碳化,制备出一系列新的具有六元N-C结构的有序微孔氮掺杂碳材料,研究MOF的有序性和N-C结构在碳化过程中的传导和移植规律,考察这些新型碳材料的电催化性能和气体吸附特性。该研究不仅能够构建新型MOF结构和新型氮掺杂碳材料,实现材料创新,而且在MOF碳化规律方面具有很强理论意义。

结项摘要

MOF材料作为一种有机无机杂化晶态多孔材料,具有结构均一、可设计性以及比表面积高、结构可调等优势,通过在高温下碳化,可得到一系列具有不同孔结构和功能基团的碳材料。由六元氮杂环MOF材料所具有的高度共轭性和芳香性带来的特性对所得的氮掺杂碳材料的影响尤为突出。在本研究中,重点研究了这类特定MOF在不同条件下碳化所得的碳材料的结构特征,考察了这类功能碳材料在气体吸附与分离、电催化氧还原、电催化析氢、析氧、二次电池电极材料、有机物催化加氢等领域的特性,探究碳材料的结构特性对特定应用的影响规律。研究结果表明:含有六元氮环结构的吡啶氮是二氧化碳的优先吸附位点,通过碳化含有吡啶氮的MOF材料可获得含有高密度吡啶氮的碳材料;MOF碳的六元环吡啶氮的含量、石墨化程度以及孔结构三者协同作用对氧还原(ORR)催化性能具有明显的提升作用;以MOF材料为前驱体,通过调控MOF材料的金属、形貌和碳化条件,可对碳材料的活性位点、电子结构、孔结构以及形貌进行人为调控,从而制备出高效的电催化析氢、析氧的非贵金属催化剂;利用MOF内金属离子高度分散的特点,通过一步碳化可获得高度分散的金属-碳复合材料,用于锂电、钠电、钾电等二次电池的电极材料、超级电容器的电极材料或有机物催化加氢的催化剂。除此之外,本研究在研究内容上还进行了扩展,开展微液滴法制备特殊形貌MOF材料的研究。在项目执行期内,在Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A, Chemistry of Materials等国际期刊上发表了SCI研究论文23篇,其中SCI一区论文17篇,二区论文2篇,3篇论文被评为ESI高被引研究论文,顺利完成了预定的项目目标和任务。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
Solvothermal Metal Metathesis on a Metal-Organic Framework with Constricted Pores and the Study of Gas Separation
缩孔金属有机骨架的溶剂热金属复分解及气体分离研究
  • DOI:
    10.1021/acsami.5b07953
  • 发表时间:
    2015-11-18
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Liangjun;Xue, Haitao;Zhao, Xuebo
  • 通讯作者:
    Zhao, Xuebo
Continuous synthesis for zirconium metal-organic frameworks with high quality and productivity via microdroplet flow reaction
通过微滴流反应连续合成高质量和高生产率的锆金属有机骨架材料
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2017.09.057
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Wang Ying;Li Liangjun;Yan Liting;Cao Lei;Dai Pengcheng;Zhao Xuebo
  • 通讯作者:
    Zhao Xuebo
Missing-node directed synthesis of hierarchical pores on a zirconium metal-organic framework with tunable porosity and enhanced surface acidity via a microdroplet flow reaction
通过微滴流动反应在锆金属有机骨架上缺失节点定向合成分级孔,具有可调节的孔隙率和增强的表面酸度
  • DOI:
    10.1039/c7ta06060b
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Wang Ying;Li Liangjun;Dai Pengcheng;Yan Liting;Cao Lei;Gu Xin;Zhao Xuebo
  • 通讯作者:
    Zhao Xuebo
Exceptional high selectivity of hydrogen/methane separation on a phosphonate-based MOF membrane with exclusion of methane molecules
基于膦酸酯的 MOF 膜具有极高的氢/甲烷分离选择性,且排除甲烷分子
  • DOI:
    10.1039/c7cc05486f
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    chemical communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    qipeng yang;Liangjun Li;Weiqiang Tan;Yingjie Sun;Huanli Wang;Jiping Ma;Xuebo Zhao
  • 通讯作者:
    Xuebo Zhao
Carbonates (bicarbonates)/reduced graphene oxide as anode materials for sodium-ion batteries
碳酸盐(碳酸氢盐)/还原氧化石墨烯作为钠离子电池负极材料
  • DOI:
    10.1039/c7ta08532j
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Gu Xin;Yan Chunliu;Yan Liting;Cao Lei;Niu Feier;Liu D;an;Dai Pengcheng;Li Liangjun;Yang Jian;Zhao Xuebo
  • 通讯作者:
    Zhao Xuebo

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H2/CH4气体分离膜研究进展
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵学波

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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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