双功能钴(镍)基/碳杂化物自支撑氧电极的可控构筑及其可充锌空电池应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902158
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 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:
    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

Zinc-air battery has emerged as a promising candidate for next-generation energy storage owing to its outstanding merits, e.g., high theoretical energy density, low cost, high safety and environmental friendliness. However, the practical application of rechargeable zinc-air battery is faced with the sluggish kinetics of oxygen reduction/evolution reactions, high price and scarcity of noble metal based electrocatalyst, as well as low efficiency of the full cell system. In this project, we focus on the rational design and controllalbe construction of self-supported noble metal-free system with Co (Ni)-based carbon hybrids as bifunctional oxygen electrodes. We also dedicate efforts to reveal the intrinsic electrocatalytic activity and explore the strategy for synergistic enhancement of electrochemical performance, in order to achieve the fabrication and optimization of rechargeable zinc-air battery devices. Generally, this project includes three phases as follows: 1) A novel stragety will be proposed to achive the precise synthesis of transition metal based carbon hybrids combined with rational nanostructuring and defects engineering via topochemical evolution and heterostructure construction. 2) Integrative protocols will be developed to controllably construct self-supported Co (Ni)-based carbon hybrids electrodes. Meanwhile, study on the electrocatalytic performance of self-supported oxygen electrodes and structure-property relationship will be performed. 3) Based on the electrochemcial measurements coupled with multiple characterization techniques, catalytic and energy storage mechainsm of self-supported carbon hybrids will be uncovered for their application as bifunctional oxygen electrodes in rechargeable zinc-air battery devices.
锌空气电池,具有比能量高、安全性好、价格低廉、环境友好等优点,被认为是一种理想的下一代新能源器件。针对目前可充锌空电池所面临的氧气反应动力学缓慢、贵金属催化剂成本高、全电池充放电效率低等关键问题,本项目选取非贵金属钴(镍)基/碳杂化物为研究对象,设计构筑高效稳定的双功能自支撑氧电极,探索钴(镍)基/碳杂化物本征催化活性与协同增效策略,实现可充锌空全电池的器件组装与性能提升。主要研究内容包括:1)探索过渡金属基/碳杂化物的拓扑构建与杂化改性的新策略,实现功能单元的精准合成、微纳设计与缺陷调控;2)优化活性组分-高导电基底的一体化制备工艺,研究钴(镍)基/碳杂化物自支撑电极的可控构筑、电催化性能及构效关系;3)借助电化学-多手段联用,揭示电极材料的催化机理与储能机制,实现双功能碳杂化物自支撑电极的全电池器件的全优构建。

结项摘要

针对水系金属空气电池目前面临的氧气反应动力学缓慢、贵金属催化剂成本高、充放电效率低等关键问题,本项目提出一体化构建碳基杂化物氧电极,探索过渡金属基/碳杂化物本征催化活性与协同增效策略,实现锌空气全电池的器件组装与性能提升。本项目立足开发低成本、宏量化、可控制备碳基杂化物材料的新方法,揭示催化活性、储能性能与反应机理的内在关联,助力水系锌空气电池的性能提升。主要成果包括:(1)通过有效调控前驱体、自模板、湿度、温度等体系环境因素,实现具有分级多孔、自组装、多尺度构筑单元等特点的碳基功能负载基底的可控制备;(2)利用双基质限域、相变调控、缺陷诱导等协同手段,实现过渡金属单原子、过渡金属化合物异质结构与功能碳基底的均匀锚定与有效杂化;(3)通过微纳结构构筑、配位环境优化与电子结构调控,实现中间态吸附能优化及活性位点催化性能提升,研究氧电极组分结构、电催化性能及其构效关系,结合理论计算揭示电极材料的催化机理与储能机制,实现锌空气全电池器件的全优构建。本项目开展了系列碳基功能杂化材料的催化本征机理研究,并拓展了空气电池、全水解制氢、离子储能、柔性传感等应用,为高能量密度、长使用寿命和超快充放电能源器件的开发,以及其他功能纳米材料的设计提供了理论依据与材料基础。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Stereoactive Metallic Vanadium Oxide Barriers to Boost Silicon‐Based Lithium‐Ion Storage
立体活性金属氧化钒势垒可促进硅基锂离子存储
  • DOI:
    10.1002/admi.202201246
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Aoming Huang;Xiaomin Zhang;Qiao Zhang;Yao Zhang;Zhongyuan Ma;Huijuan Lin;Xiao Huang;Kun Rui;Jixin Zhu
  • 通讯作者:
    Jixin Zhu
Stereoassembled V2O5@FeOOH Hollow Architectures with Lithiation Volumetric Strain Self-Reconstruction for Lithium-Ion Storage
用于锂离子存储的具有锂化体积应变自重建的立体组装V2O5@FeOOH空心结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Research
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Yao Zhang;Kun Rui;Aoming Huang;Ying Ding;Kang Hu;Wenhui Shi;Xiehong Cao;Huijuan Lin;Jixin Zhu;Wei Huang
  • 通讯作者:
    Wei Huang
Ultrafast Microwave Activating Polarized Electron for Scalable Porous Al toward High-Energy-Density Batteries
超快微波激活极化电子,用于可扩展的多孔铝,用于高能量密度电池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Ying Ding;Qiao Zhang;Kun Rui;Feng Xu;Huijuan Lin;Yan Yan;Hai Li;Jixin Zhu;Wei Huang
  • 通讯作者:
    Wei Huang
Ultrafast Microwave Polarizing Electrons to Form Vertically Aligned Metal Hybrids as Lithiophilic Buffer for Lithium-Metal Batteries
超快微波极化电子形成垂直排列的金属杂化物作为锂金属电池的亲锂缓冲剂
  • DOI:
    10.5194/bgd-12-12947-2015
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xueyou Wang;Kui Xu;Longwei Ke;Qiao Zhang;Danqing Jin;Huan Shang;Kun Rui;Yan Yan;Huijuan Lin;Jixin Zhu
  • 通讯作者:
    Jixin Zhu
Molecular Bridging Enables Isolated Iron Atoms on Stereoassembled Carbon Framework To Boost Oxygen Reduction for Zinc‐air Batteries
分子桥接可在立体组装碳框架上实现孤立的铁原子,以促进锌空气电池的氧还原
  • DOI:
    10.1002/chem.202200789
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemistry: A European Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wenqing Wang;Kun Rui;Kaili Wu;Yisha Wang;Longwei Ke;Xin Wang;Feng Xu;Yan Lu;Jixin Zhu
  • 通讯作者:
    Jixin Zhu

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其他文献

钠电池的研究与开发现状
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    储能科学与技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡英瑛;温兆银;芮琨;吴相伟
  • 通讯作者:
    吴相伟
高电导率F掺杂Li_7La_3Zr_2O_(12)石榴石结构固体电解质(英文)
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    无机材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘才;温兆银;芮琨
  • 通讯作者:
    芮琨

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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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