从Li-O2电池到Li-CO2电池:反应机理的计算研究与正极催化剂的设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21473094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0302.化学模拟与应用
  • 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

Increasing requirements are needed for energy storage technology from electric vehicles and smart grids, and it is urgent to develop new energy storage systems such as Li-air batteries. In this proposal, by combining density functional theory (DFT) computations and molecular dynamics (MD) simulations with experiments, we aim to deeply investigate the fundamental physical chemical problems involved in the air cathode processes of Li-O2 and Li-CO2 batteries, explore the electrocatalytic mechanisms about the reduction and evolution reactions of O2 and CO2, design composite catalysts based on carbon nanomaterials and transition metal or oxide nanoparticles, improve the electrochemical reversibility and cyclic stability of Li-O2 batteries, clarify the effects of CO2 on the cell reactions, and overcome the key barriers from Li-O2 batteries to Li-air batteries. Also, we would elucidate the electrochemical reaction mechanism of Li-CO2 batteries, and design catalysts to enhance the kinetic performances, so as to realize the application of CO2 to energy storage devices, and provide a new strategy for the recycle and reuse of the greenhouse gas CO2.
电动汽车和智能电网等对储能技术提出了更高的要求,急需发展Li-空气电池等新的储能体系。本申请通过密度泛函理论(DFT)计算和分子动力学(MD)模拟与实验相结合,深入研究Li-O2和Li-CO2电池空气正极反应过程中涉及的基本物理化学问题,探索O2和CO2还原和析出反应的电催化机理,设计基于碳纳米材料与过渡金属或其氧化物纳米颗粒的复合催化剂,提高Li-O2电池的电化学可逆性和循环稳定性,揭示CO2对Li-O2电池反应的影响,克服从Li-O2电池过渡到Li-空气电池的关键障碍。同时揭示Li-CO2电池的电化学反应机理并设计催化剂改善其动力学性能,将CO2用作储能体系,为温室气体CO2的回收和利用提供新思路。

结项摘要

本项目通过计算与实验相结合研究了Li-O2电池和Li-CO2电池的电化学反应机理。基于对反应机理的深刻认识,设计了富氮碳材料及其与金属或金属氧化物纳米颗粒的复合材料等系列空气电极催化剂,显著改善了Li-O2电池综合性能。基于CO2电催化转化机理构筑了可充电Li-CO2电池,探索了石墨烯、碳纳米管及其与金属或金属氧化物纳米颗粒的复合材料用作空气电极催化剂,并尝试了LiBr用作电解液氧化还原介质,引领了CO2储能新体系的深入发展。已发表研究论文13篇和综述3篇,其中7篇发表在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等影响因子10以上的期刊。论文发表后被SCI引用400余次,1篇论文进入ESI近10年高被引论文。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Recent progress in rechargeable alkali metal-air batteries
可充电碱金属空气电池的最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.gee.2016.04.004
  • 发表时间:
    2016-04-01
  • 期刊:
    GREEN ENERGY & ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Zhang, Xin;Wang, Xin-Gai;Zhou, Zhen
  • 通讯作者:
    Zhou, Zhen
Binder-free NiFe2O4/C nanofibers as air cathodes for Li-O2 batteries
无粘合剂 NiFe2O4/C 纳米纤维作为 Li-O-2 电池的空气阴极
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2017.12.002
  • 发表时间:
    2018-02-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF POWER SOURCES
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Zhang, Xin;Wang, Chengyi;Zhou, Zhen
  • 通讯作者:
    Zhou, Zhen
Improving Electrochemical Performances of Rechargeable Li-CO2 Batteries with an Electrolyte Redox Mediator
使用电解质氧化还原介体改善可充电 Li-CO2 电池的电化学性能
  • DOI:
    10.1002/celc.201700539
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    CHEMELECTROCHEM
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wang, Xin-Gai;Wang, Chengyi;Zhou, Zhen
  • 通讯作者:
    Zhou, Zhen
Fabricating Ir/C Nanofiber Networks as Free-Standing Air Cathodes for Rechargeable Li-CO2 Batteries
制造 Ir/C 纳米纤维网络作为可充电 Li-CO2 电池的独立式空气阴极
  • DOI:
    10.1002/smll.201800641
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Wang Chengyi;Zhang Qinming;Zhang Xin;Wang Xin-Gai;Xie Zhaojun;Zhou Zhen
  • 通讯作者:
    Zhou Zhen
Hierarchical Carbon–Nitrogen Architectures with Both Mesopores and Macrochannels as Excellent Cathodes for Rechargeable Li–O2 Batteries
具有介孔和大通道的分层碳氮结构作为可充电锂氧电池的优异阴极
  • DOI:
    10.1002/adfm.201401581
  • 发表时间:
    2014-11
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Zhang Zhang;Bao Jie;He Chen;Chen Yanan;Wei Jinping;Zhou Zhen
  • 通讯作者:
    Zhou Zhen

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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

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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