基于生物质的垂直石墨烯制备及其缺陷在氧还原反应中的电化学催化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872130
  • 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:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The limited source and high cost of Pt have made the Pt-based catalysts the primary barrier for commercial applications of fuel cells. Defective nanocarbons that have demonstrated excellent catalytic ability are alternative catalysts stead of Pt in ORR. It is critical to reveal the electrocatalytic mechanism of defects in ORR for designing the highly effective catalyst. In this project, vertical graphene obtained from biomass by microwave plasma irradiation with the optimized conditions including plasma power and irradiation time will be studied, modified or doped by radio frequency plasma for controlling the defect type and quantity, and its defects and their synergistic effects with other elements on the electrocatalytic performances of ORR will be investigated systemically. After characterizing the structure and type of defects, we will study construction process of catalytic sites between the defects and other elements, verify the structure, type and composition of catalytic sites, and analyze the oxygen reaction path and electrocatalytic mechanism of catalytic sites in ORR. Combined with experimental results, density functional theory will be employed to simulate the catalyst mechanism of ORR, and attempts to reveal the essence of synergic catalysts and their mechanism in ORR. This project will provide the technical and theoretical basis for synthesizing novel carbon-based free-metal ORR catalysts.
铂的储量少、成本高成为燃料电池普及应用中的主要障碍,含有缺陷的纳米碳材料所显示的优异催化性能使之可能成为铂在快速氧还原中的替代物,而揭示缺陷在氧还原反应中的活性机理是设计出高效催化剂的关键。本项目以利用微波等离子体轰击生物质原料并通过优化实验工艺包括等离子体功率及轰击时间制备的垂直石墨烯作为基础材料,采用射频等离子体技术对缺陷的种类和数量进行调控,并系统研究缺陷及与其他元素协同效应对氧还原反应催化性能的影响。通过表征缺陷结构及类型,研究缺陷与其他元素活性中心的构建过程,明确催化活性位点的结构、种类和成分,探究各活性位点氧还原反应的路径和催化机制。采用密度泛函理论进行氧还原催化机制的模拟研究,结合实验数据,揭示缺陷与其他元素对氧还原反应协同催化的本质和原理。本项目的实施将为制备新型碳基无金属氧还原反应催化剂的提供技术基础和科学依据。

结项摘要

采用非金属碳材料代替铂等贵金属作为燃料电池阴极氧还原反应催化剂是近年的研究热点。本项目采用微波等离子体轰击技术,选取纤维素、竹子等生物质材料为原料制备垂直石墨烯(VG)薄膜,利用其高导电性、多离子扩散通道、丰富的缺陷等特点,用于氧还原反应(ORR)催化性能的研究。本项目从VG薄膜合成、结构调控及其ORR电催化性能优化等方面开展工作,重点研究微波等离子体轰击合成VG的生长规律,揭示生物质原料转变成纳米碳材料的机理;利用Ar、O2、N2等气体的等离子体对VG薄膜表面结构进行修饰改性,调控缺陷种类,包括边缘缺陷、空位缺陷及杂原子掺杂缺陷等,通过拉曼光谱、X射线光电子能谱、高分辨率透射电子显微镜等表征手段确定缺陷的种类,全面系统地研究VG缺陷结构与ORR催化性能关系,包括各活性位点及协同效应对ORR的催化原理、氧还原能力及反应路径、耐甲醇干扰、抗CO中毒等的依存关系。通过理论计算模拟,结合实验数据对VG的ORR催化机制进行深入探讨,为开发新型的燃料电池阴极ORR催化材料提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Cyclotriphosphazene-based flame-retardant polymer electrolytes for high performance sodium metal batteries
用于高性能钠金属电池的环三磷腈基阻燃聚合物电解质
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2022.138385
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Binghua Zhou;Chaolong Yang;Fengtian Wu;Tingzhi Deng;Shien Guo;Guozhen Zhu;Yunliang Jiang;Zhipeng Wang
  • 通讯作者:
    Zhipeng Wang
Nitrogen-rich covalent triazine frameworks for high-efficient removal of anion dyes and the synergistic adsorption of cationic dyes
富氮共价三嗪骨架高效去除阴离子染料并协同吸附阳离子染料
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.129622
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Jingjing Wu;Jian Liu;Bingyan Wen;Yipei Li;Binghua Zhou;Zhipeng Wang;Shenghong Yang;Rusong Zhao
  • 通讯作者:
    Rusong Zhao
Fabrication of Borate-Based Porous Polymer Electrolytes Containing Cyclic Carbonate for High-Performance Lithium Metal Batteries
用于高性能锂金属电池的含环状碳酸酯的硼酸盐基多孔聚合物电解质的制备
  • DOI:
    10.1021/acsaem.1c01724
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    ACS Applied Energy Materials
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Binghua Zhou;Ying Zhou;Lujie Lai;Ziling Chen;Jiajia Li;Yunliang Jiang;Jian Liu;Zhipeng Wang;Zhigang Xue
  • 通讯作者:
    Zhigang Xue
Intimate Coupling AgI/AgIO3 Heterojunction Photocatalysts with Excellent Visible-Light-Driven Photocatalytic Activity
具有优异可见光驱动光催化活性的紧密耦合 AgI/AgIO3 异质结光催化剂
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.1c02185
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Zeng Chao;Ding Haojia;Bao Linping;Su Yujing;Wang Zhipeng
  • 通讯作者:
    Wang Zhipeng
Synthesis, characterization, and photocatalytic activity of stannum-doped MgIn2S4 microspheres
掺锡MgIn2S4微球的合成、表征及光催化活性
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2020.158446
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wenhong Yang;Yujing Dong;Zhipeng Wang;Yuqin Li;Chunhui Dai;Dongwei Ma;Yu Jia;Zhen Yang;Chao Zeng
  • 通讯作者:
    Chao Zeng

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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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