层状双金属氢氧化物缺陷位锚定Pt催化剂用于电氧化生物质耦合电解水制氢

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21905088
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0901.氢能源化学
  • 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

Compared with the oxygen evolution reaction, the oxidation potential of 5-hydroxymethyl furfural (HMF) is lower and the added value of product is higher. Although HMF oxidation and coupled with hydrogen evolution reaction (HER) improves the efficiency of hydrogen production, the electrocatalyst for HMF oxidation still faces the problems of high electrocatalytic potential and low activity. Therefore, it is very important to develop and design highly active electrocatalysts for HMF oxidation and HER. Combining with the advantages of nickel-iron layered double hydroxides (NiFe-LDHs) with good electrocatalytic activity for HMF oxidation and Pt with excellent electrocatalytic activity for HER, this project selected NiFe-LDHs as model catalyst. Constructing oxygen defect sites, bivalent nickel defect sites and trivalent iron defect sites in NiFe-LDHs explore the structure-activity relationship between defect types and electrocatalytic HMF oxidation properties. By anchoring Pt atoms at defect sites of NiFe-LDHs, the electronic structure of NiFe-LDHs can be regulated, the HMF electrooxidation properties of the catalysts can be enhanced, the types of catalytic sites will be enriched and high HER properties of electrocatalyst will be endowed. Further exploring the structure-activity relationship between different kinds of defect-anchored Pt electrocatalysts and the properties electrocatalytic HMF oxidation and HER, respectively. Combining in-situ tracking technology with theoretical calculation, the mechanism and reaction path of electrocatalytic reaction will be clarified.
相比氧析出反应,5-羟甲基糠醛(HMF)氧化反应电位低,氧化产物附加值较高。耦合HMF氧化电解水产氢,虽然提高了产氢效率,但是HMF氧化电催化剂仍然面临着电催化电位高和活性低的问题。因此,开发和设计高活性的HMF氧化和氢析出反应(HER)电催化剂至关重要。结合镍铁层状双金属氢氧化物(NiFe-LDHs)良好的HMF氧化活性和Pt优异HER催化活性的优势,本项目以NiFe-LDHs为模型催化剂选择性构筑氧缺陷位、二价镍缺陷位和三价铁缺陷位,探索缺陷位类型与电催化HMF氧化性能的构效关系;利用缺陷位高表面能和活泼的特性,原位锚定的Pt原子,调控NiFe-LDHs的电子结构,改善其HMF电氧化性能,同时丰富催化位点种类,赋予其高的HER性能,探索不同种类缺陷位锚定Pt电催化剂与催化HMF氧化和HER的构效关系;结合原位跟踪技术和理论计算明确电催化反应机理和反应路径。

结项摘要

氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择。电催化水产氢的决速反应是氧析出反应(OER),其动力学缓慢,所需过电势较高。因此,设计高效OER电催化剂降低电解制氢能耗至关重要。另外,亲核试剂氧化反应(NOR)如5-羟甲基糠醛具有更低的电化学氧化起始电位,且其氧化产物2, 5-呋喃二羧酸(FDCA)具有较高附加值,NOR替代OER能进一步降低制氢能耗和效率。申请人从电催化剂表面电子结构动态演化入手,探究了电催化剂的表界面基础科学问题:(一)揭示了金属氧化物电催化剂表面动态反应机制及构效关系,明晰了真实催化活性位;(二)发展了原子掺杂、颗粒及基团修饰缺陷位等调控策略,提升了催化剂氧析出反应和亲核试剂电氧化反应的本征活性;(三)建立了电催化剂表面重构过程与催化性能之间的构效关系,提出了活性位点动态循环及强化策略。基于以上研究内容,申请人发表高水平论文8篇,包括1篇Angew. Chem.、1篇Chem、1篇Adv. Mater.、1篇Energ. Environ. Sci.、3篇J. Energy Chem.和1篇Chinese J. Catal.。其中3篇论文入选ESI高倍引论文。申请人获2022全球高倍引科学家,湖南省杰出青年基金和湖南省自然科学一等奖(排名2)。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
An option for green and sustainable future:Electrochemical conversion of ammonia into nitrogen
绿色可持续未来的选择:氨电化学转化为氮
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2021.01.011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Zhou Bo;Zhang Nana;Wu Yujie;Yang Weijun;Lu Yanbing;Wang Yanyong;Wang Shuangyin
  • 通讯作者:
    Wang Shuangyin
Deciphering the alternating synergy between interlayer Pt single-atom and NiFe layered double hydroxide for overall water splitting
解读层间 Pt 单原子和 NiFe 层状双氢氧化物之间的交替协同作用以实现整体水分解
  • DOI:
    10.1039/d1ee01395e
  • 发表时间:
    2021-10-13
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Chen, Wei;Wu, Binbin;Wang, Shuangyin
  • 通讯作者:
    Wang, Shuangyin
Activity Origins and Design Principles of Nickel-Based Catalysts for Nucleophile Electrooxidation
镍基亲核电氧化催化剂的活性起源和设计原理
  • DOI:
    10.1016/j.chempr.2020.07.022
  • 发表时间:
    2020-11-05
  • 期刊:
    CHEM
  • 影响因子:
    23.5
  • 作者:
    Chen, Wei;Xie, Chao;Wang, Shuangyin
  • 通讯作者:
    Wang, Shuangyin
Recent advances in defect electrocatalysts: Preparation and characterization
缺陷电催化剂的最新进展:制备和表征
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2020.04.063
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Xiao, Zhaohui;Xie, Chao;Wang, Shuangyin
  • 通讯作者:
    Wang, Shuangyin
Activated Ni-OH Bonds in a Catalyst Facilitates the Nucleophile Oxidation Reaction
催化剂中活化的 Ni-OH 键促进亲核氧化反应
  • DOI:
    10.1002/adma.202105320
  • 发表时间:
    2022-05-31
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Chen, Wei;Wang, Yanyong;Wang, Shuangyin
  • 通讯作者:
    Wang, Shuangyin

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缺陷态钛酸锂离子筛一体化电极构筑及其电化学提锂性能研究
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    22272047
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  • 项目类别:
    面上项目
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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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