水合肼分解制氢催化剂设计、可控合成与催化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51671087
  • 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:
    E0110.金属生物与仿生材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The development of advanced hydrogen storage materials and technologies is a key step towards the widespread implementation of hydrogen fuel cell technology. Recently, hydrous hydrazine has attracted considerable interest as a promising hydrogen storage medium for vehicular and mobile applications. The present project was designed to investigate the catalytic decomposition of hydrous hydrazine for chemical hydrogen storage, with special focues on the fundamental research of the key scientific questions such as catalytic decomposition mechanism of hydrous hydrazine over Ni catalyst, the underlying mechanism of property enhancement arising upon Ni-based alloying. The main research subjects can be summarized as follows: Prepare a series of supported Ni-based alloy nanocatalysts using chemical synthesis methods and investigate the effects of preparation conditions on the catalyst composition, phase structure, microstructure and morphology, distribution state of alloy element and surface electronic structure; Develop novel technologies for controllable synthesis of targeted catalyst with tailored structure and tuned catalytic properties; Theoretically study the adsorption state and dissociation process of the N2H4 molecular on the surface of Ni-based catalysts, and bring forward a theoretical model of the catalytic decomposition of hydrous hydrazine over Ni catalyst; Investigate the composition-structure-property correlationship and put forward the basis and principle for composition/structure design of high-performance catalysts; Development of hydrous hydrazine-based chemical hydrogen storage systems and study of catalytic decomposition kinetics. The present project may contribute to the theoretical enrichement and development of on-demand hydrogen generation from hydrous hydrazine, and lay key foundation for the developement of practical chemical hydrogen storage systems.
发展先进的储氢材料与技术是推动氢燃料电池技术实用化进程中的关键环节。本项目选取水合肼催化分解制氢这一颇具车载/移动氢源应用潜力的化学储氢体系为研究对象,重点围绕Ni催化水合肼分解反应机理、Ni基催化剂的合金化改性机理等关键基础科学问题开展实验/理论研究。拟采用化学合成方法制备系列负载型Ni基合金催化剂,研究制备条件对催化剂成分、晶相组成、微观结构与形貌、合金原子分布及表面电子结构的影响规律,探索目标催化剂可控合成技术;模拟计算研究N2H4分子在Ni基催化剂表面吸附、解离路径及其动力学过程,建立Ni催化水合肼分解的理论模型;解析催化剂成分-结构-催化性能的内在关联,建立催化剂成分/结构优化设计原则;结合实验与模型分析,研究水合肼催化分解反应动力学规律。本项目研究将丰富与发展水合肼催化分解制氢的基础理论,为研发实用型化学储氢系统奠定实验与理论基础。

结项摘要

发展先进的储氢材料与技术是推动氢能技术实用化进程中的关键环节。本项目选取水合肼催化分解制氢体系为研究对象,重点围绕水合肼催化分解机理、Ni基催化剂的合金化改性机理等关键基础科学问题开展研究。项目的主要研究内容包括:(1)运用第一性原理计算研究水合肼的催化分解反应机理,探究水合肼分解催化剂的成分优化设计原则;(2)探索水合肼分解催化剂的改性新方法,研究催化剂成分-结构-催化性能的内在关联性;(3)构建水合肼可控催化放氢体系,研究水合肼催化放氢动力学性能。本项目在执行期内取得以下主要成果:(1)首次完整解析了Ni催化N2H4分解的机制过程;率先提出了以N2H4吸附能作为催化活性描述符的观点,从理论角度提供了肼分解催化剂的筛选依据;(2)结合运用合金化、异质原子掺杂、纳米结构调制等策略,成功研制出数种可在近室温高效催化水合肼分解制氢的Ni基合金催化剂,其中NiPt/NC催化剂可在50 C/2 M NaOH条件下的TOF值达1602 h1,制氢选择性达到100%。(3)应用Ni-W-O衍生的非贵金属催化剂和市售水合肼构建了高容量可控制氢体系,其材料基储氢密度高达6.28 wt%,且具良好的动态响应特性。项目在执行期内发表SCI论文12篇,申报国家发明专利3件;培养博士/硕士研究生6名。项目圆满完成计划任务。本项目研究成果将丰富与发展水合肼催化分解制氢的基础理论,为研发实用型化学储氢系统奠定实验与理论基础。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Linear scaling relations for N2H4 decomposition over transition metal catalysts
过渡金属催化剂上 N2H4 分解的线性标度关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Deng-Xue Zhang;Hui Yin;Hua-Fu Zhong;Li-Yong Gan;Ping Wang
  • 通讯作者:
    Ping Wang
A study of degradation phenomenon of Ni-Pt/CeO2 catalyst towards hydrogen generation from hydrous hydrazine
Ni-Pt/CeO2催化剂水合肼制氢降解现象研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Hao Dai;Yu-Ping Qiu;Hong-Bin Dai;Ping Wang
  • 通讯作者:
    Ping Wang
Kinetics of catalytic decomposition of hydrous hydrazine over CeO2-supported bimetallic NiePt nanocatalysts
CeO2负载双金属NiePt纳米催化剂催化分解水合肼的动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Hao Dai;Hong-Bin Dai;Yu-Jie Zhong;Qing Kang;Li-Xian Sun;Ping Wang
  • 通讯作者:
    Ping Wang
Understanding of selective H2 generation from hydrazine decomposition on Ni(111) surface
Ni(111)表面肼分解选择性生成H2的理解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    The Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hui Yin;Yu-Ping Qiu;Hao Dai;Li-Yong Gan;Hong-Bin Dai;Ping Wang
  • 通讯作者:
    Ping Wang
Hydrogen generation from decomposition of hydrous hydrazine over Ni-Ir/CeO2 catalyst
Ni-Ir/CeO2 催化剂上水合肼分解产氢
  • DOI:
    10.1016/j.pnsc.2016.12.012
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Progress in Natural Science: Materials International
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hongbin Dai;Yujie Zhong;Ping Wang
  • 通讯作者:
    Ping Wang

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘馨宇;王莹;王沙沙;郭泽;张冲;王平;张雪梅
  • 通讯作者:
    张雪梅
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纳米颗粒支持的多酶生物催化与原位辅因子再生
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吴春生

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水合肼分解制氢催化剂的失活机理与解决方案探索
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    2021
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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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