直接甲酸燃料电池Pt基和Pd基阳极催化剂的理论模拟与设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21303027
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Direct formic acid fuel cells (DFAFCs) are known as one of viable power sources with potential applications in many systems, so developing the Pt- and Pd-based anode catalysts that are of excellent catalytic activity, good stability and improved tolerance towards CO-poisoning is becoming great demand in the study of DFAFCs. The item aims to elucidate the catalytic mechanism and structure-activity relationship of Pt- and Pd-based bimetallic catalysts at atomic and molecular level. Based on the calculations of first-principles, molecular dynamics (MD) and surface-enhanced raman spectroscopy (SERS), we clarify the microstructure of Pt- and Pd-based bimetallic catalysts and the adsorption geometry of intermediates on catalysts during HCOOH electrooxidation and elucidate the relationship between structure and surface-enhanced raman spectroscopy in order to compare with experiments. Furthermore, we investigate the molecular mechanism of HCOOH electrooxidation on catalysts and analyze the reaction thermodynamic and dynamical properties so as to improve the theoretical models of HCOOH electrooxidation. Moreover, based on the results of analyzing the energy band, density of states, charge and orbit, we obtain the microscopic nature of synergistic mechanism on Pt- and Pd-based bimetallic catalysts and the key factors controlling the catalytic activity. Finally, we screen out a series of new and efficient Pt- and Pd-based bimetallic catalysts, which would provide the mechanism guidance and theoretical basis for the rational design of new and efficient Pt- and Pd-based anode bimetallic catalysts of DFAFCs.
直接甲酸燃料电池(DFAFCs)被认为是最有应用前景的新型能源系统之一,发展对甲酸电氧化催化活性好、稳定性高、抗中毒能力强的新型Pt与Pd基阳极催化剂是DFAFCs研究的一个重大需求。本项目着眼于从原子分子微观层次研究Pt基和Pd基双金属催化剂的催化机理及构效关系,通过量子化学第一性原理计算、分子动力学演化和表面增强拉曼光谱的模拟,弄清Pt基和Pd基双金属催化剂的微观结构以及催化甲酸电氧化的中间体的吸附构型,并且阐明结构与表面增强拉曼光谱的关系,与实验建立联系,进一步探讨甲酸电氧化的分子机理,分析反应的热力学和动力学性质,从而完善甲酸电氧化的理论模型,最后分析催化剂的能带、态密度、电荷和轨道等信息,掌握双金属催化剂催化增效机制的微观本质和控制催化剂活性的关键因素,最终筛选出一些性能优良的新型Pt与Pd基双金属催化剂,为新型高效的DFAFCs阳极催化剂的开发和设计提供机理指导与理论依据。

结项摘要

直接甲酸燃料电池(DFAFCs)被认为是最有应用前景的新型能源系统之一,发展对甲酸电氧化催化活性好、稳定性高、抗中毒能力强的新型Pt基和Pd基阳极催化剂是DFAFCs研究的一个重大需求。本项目着眼于从原子分子微观层次研究Pt基和Pd基双金属催化剂的催化机理及构效关系,通过第一性原理计算和分子动力学演化的模拟,弄清Pt基和Pd基双金属催化剂的微观结构以及催化甲酸电氧化的中间体的吸附构型,进一步探讨甲酸电氧化的分子机理,分析反应的热力学和动力学性质,从而完善甲酸电氧化的理论模型,最后分析催化剂的功函数、态密度和电荷等信息,掌握双金属催化剂增效机制的微观本质和控制催化剂活性的关键因素,最终筛选出一些性能优良的新型Pt基和Pd基双金属催化剂,为新型高效的DFAFCs阳极催化剂的开发和设计提供机理指导和理论依据。.公认的甲酸被氧化成CO2通过三条路径进行:直接路径,间接路径和甲酸盐路径,根据甲酸分子之间形成的氢键,我们通过第一性原理计算,提出并完善了甲酸氧化的二聚体路径,解释了不同甲酸氧化实验中发现的有争议的CO形成机理和中间体,并且设计出新型高效的PtAu双金属催化剂,进一步通过甲酸水溶液中的分子动力学计算,建立并完善了甲酸的二聚体模型。根据甲酸氧化的团簇效应,进而研究了甲醇与氧气反应的耦合效应、羟基协助的氧气活化反应和水协助的析氧反应等,通过分析极化电荷、功函数和态密度,找出催化反应的活性点以及增效机制。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
在ZnO(101)支持的Au纳米粒子上O2活化的微观洞察
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Jia, Chuanyi;Zhong, Wenhui;Deng, Mingsen;Jiang, Jun
  • 通讯作者:
    Jiang, Jun
石墨烯耦合的Bi2WO6纳米复合材料增强的光催化性能:第一性原理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Ren, Fengzhu;Zhang, Jihua;Wang, Yuanxu;Yao, Wenzhi
  • 通讯作者:
    Yao, Wenzhi
通过第一性原理计算研究的PtAu电极上HCOOH氧化的整体效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Zhong, Wenhui;Qi, Yuanyuan;Deng, Mingsen
  • 通讯作者:
    Deng, Mingsen
在Pt(111)上HCOOH氧化中CO形成的新的洞察:HCOOH二聚体的分子间脱水
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhong, Wenhui;Jiang, Jun
  • 通讯作者:
    Jiang, Jun
在TiO2(101)支持的Ag纳米粒子上O2和CO协同氧化的第一性原理计算研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Acs Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Jia, Chuanyi;Zhang, Guozhen;Zhong, Wenhui;Jiang, Jun
  • 通讯作者:
    Jiang, Jun

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其他文献

植被退化对滇西北高寒草地土壤微生物群落的影响
  • DOI:
    10.13343/j.cnki.wsxb.20180039
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  • 期刊:
    微生物学报
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    韩成
土壤微生物产电技术及其潜在应用研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    环境科学
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  • 作者:
    邓欢;薛洪婧;姜允斌;钟文辉
  • 通讯作者:
    钟文辉
小型化土壤微生物燃料电池电信号放大电路的设计与运行
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    钟文辉
用PCR-DGGE研究长期施用无机肥料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报,27(10):4011-4018。2007。
  • 影响因子:
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  • 作者:
    钟文辉;蔡祖聪*;尹力初;张鹤
  • 通讯作者:
    张鹤
土壤产电信号与线性扫描伏安法联用模拟监测湿地铜污染
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓欢;许静;郭颖颖;蒋玉颖;魏琳钧;钟文辉
  • 通讯作者:
    钟文辉

其他文献

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钟文辉的其他基金

碳氮二维材料负载非贵金属原子催化甲酸氧化的理论模拟研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

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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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