面向高效催化转化应用的纳米材料水合化学,表界面结构控制和稳定性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21871106
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0102.配位化学
  • 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

Most of oxide nanomaterials, featured by plenty of surface water molecules, suffer from dehydration and valence reduction of framework metal ions at high temperature and reduction conditions, which essentially lead to poor performance and therefore restrict the energy and environmental applications of many nanomaterials. On the basis of sufficient paper search and our preliminary research, we propose to study the interfacial hydration layer manipulation, interface strain control, surface hydroxyl groups induced metal-metal bonding tailoring and metal dispersion in ABOx(OH)y-based nanomaterials. By these, dehydration and framework metal valence reduction expect to be restrained, which may help to achieve highly efficient, stable nanomaterials in catalytic oxidation of CO at H2 enriched conditions from room temperature to 200 oC. Motivated by this, this project would try particle size reduction and surface structural modifications to produce a large amount of hydroxyl groups at the surfaces of ABOx(OH)y, while using high-temperature hydrothermal treatments to significantly increase the concentration of surface hydroxyl groups. By taking good use of the surface defects and dismatch of interfacial lattice, the interfacial tensile stress could be strengthened for promoting the hydroxyl groups absorption ability, while restraining the valence reduction. Furthermore, through the dispersion and stabilization roles of hydroxyl groups, bonding formed between noble metal ions and hydroxyl groups would be formed to enhance the interactions between noble metals and nanomaterials, thereby promoting the stabilization and functions of surface hydroxl groups. The outcome of this project would provide new routes for increasing the structural stability of nanomaterials at high temperature and reduction conditions, hopefully giving rise to new materials of high performance for energy and environmental applications.
氧化物纳米材料表面富含水分子,在高温还原条件下会出现脱水和骨架离子还原等现象,造成物化性能变差,制约其在能源及环境等高温还原条件下的应用。在大量文献调研和前期研究基础上,我们设想把ABOx(OH)y基纳米材料的表面水合分子层构筑、界面应力调控、表面羟基基团对金属键的剪切和金属分散作用相结合,抑制脱水和离子还原,获得近室温到200oC富氢条件下高效稳定的选择性催化氧化CO纳米材料。为此,本项目拟通过减小纳米尺寸和表界面掺杂结构改性等在ABOx(OH)y表面产生大量羟基;利用高温水热后处理进一步提高表面羟基浓度;基于表面缺陷和表面晶格失配的拉伸应力增强羟基吸附能力并抑制骨架离子还原;通过羟基对贵金属的分散和稳定作用,构建贵金属离子-羟基化学键,强化贵金属-纳米材料间相互作用,促进表面羟基的稳定性和功能化,探索出提升纳米材料在高温还原条件下结构稳定性的新途径,为能源及环境等应用提供高性能新材料。

结项摘要

氧化物纳米材料在能源及环境等高温还原条件下的应用面临挑战,而解决其在高温还原条件下脱水和骨架离子还原等问题是关键。通过富含羟基纳米材料的表面水合分子层构筑、界面应力调控、表面羟基基团对金属键的剪切和金属分散作用等研究,可望寻找到有效抑制脱水和离子还原的新方法,获得高效稳定的纳米催化材料,推动纳米材料在能源及环境等领域的应用。本项目开展了近室温或近室温富氢条件下选择性催化氧化CO应用的纳米材料的合成化学及构效关系研究。合成了Mg(OH)2、Al2Si2O5(OH)4•2H2O、MgFe2O4等多种富含羟基的层状金属氢氧化物、埃洛石纳米管和金属氧化物纳米材料, 全面考察了纳米尺寸(或厚度)和表界面复合与结构改性以及后续热处理等因素对羟基含量的作用,搭建了固体表面水合结构、贵金属或合金与固体材料的相互作用与表面氧物种活化能力之间的关系桥梁。通过系统研究,获得了对富含羟基的纳米材料的制备,几何尺寸的动力学控制,表界面复合与结构改性以及表面羟基的稳定性和功能化等相关科学问题的全新认识;揭示了表面羟基化机制及其相关的物理化学性质,对于深刻理解功能纳米复合材料体系中表界面的电子转移及其催化氧化性能变化规律产生重要借鉴作用,并获得了多种催化氧化性能优异的新型纳米复合材料。同时在国内外重要学术刊物上发表论文40余篇,申请发明专利4项,有7项发明专利在项目执行期间获得授权;培养从事纳米催化材料研究的博士生4名和硕士生1名。顺利完成了项目目标任务。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
VN nanocrystals on N, S co-doped carbon framework: topochemical self-nitridation and superior performance for lithium-ion battery
N、S共掺杂碳骨架上的VN纳米晶:拓扑化学自氮化及其锂离子电池的优越性能
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2022.140982
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Xiaoqing Liu;Guanghe Li;Jinjiang Wu;Lingshen Meng;Dan Zhang;Xin Zhang;Liping Li
  • 通讯作者:
    Liping Li
Co3O4-CuCoO2 Nanomesh: An Interface-Enhanced Substrate that Simultaneously Promotes CO Adsorption and O2 Activation in H2 Purification
Co3O4-CuCoO2 纳米网:一种界面增强基底,可同时促进 H2 纯化中的 CO 吸附和 O2 活化
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b19478
  • 发表时间:
    2019-02-13
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Ding, Junfang;Li, Liping;Li, Guangshe
  • 通讯作者:
    Li, Guangshe
Understanding the Doping Chemistry of High Oxidation States in Scheelite CaWO4 by Hydrothermal Conditions
通过水热条件了解白钨矿 CaWO4 中高氧化态的掺杂化学
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.1c02450
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Inorganic Chemistry
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Guichen Gao;Zhibin Geng;Guangshe Li;Zhe Tan;Yantong Lu;Zhipeng Fan;Qiao Wang;Liping Li
  • 通讯作者:
    Liping Li
Sequencing the Cuox Active Species for CO Preferential Oxidation at Low-Temperature Over CeO2-CuO Composite Catalysts
通过 CeO2-CuO 复合催化剂对 CO 低温优先氧化的 Cuox 活性物质进行测序
  • DOI:
    10.2139/ssrn.4167598
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Qi Wang;Liping Li;Taotao Huang;Junfang Ding;Yantong Lu;Bin Liang;Haozhe Liu;Guangshe Li
  • 通讯作者:
    Guangshe Li
2D/2D Transition‐Metal‐Sulfide Self‐Assembly Enables a Huge Tolerance to High Concentration Cr(VI) and Prominent Photocatalytic Reduction Performance
2D/2D 转变——金属——硫化物自组装——对高浓度 Cr(VI) 具有巨大的耐受性和出色的光催化还原性能
  • DOI:
    10.1002/cctc.202201225
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    ChemCatChem
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Qian Zhang;Jingze Shao;Zhibin Geng;Chang Liu;Liping Li;Guangshe Li
  • 通讯作者:
    Guangshe Li

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其他文献

介孔过渡金属钼酸盐纳米棒的制备及其高效电催化水氧化性能
  • DOI:
    10.13482/j.issn1001-7011.2018.03.105
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    王江浩;李莉萍;王丽萍;刘屹枫;孙文港;李文文;李广社
  • 通讯作者:
    李广社
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  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吴立明
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    2018
  • 期刊:
    Chinese Journal of Structural Chemistry
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    李保云;李广社;张丹;范建明;冯涛;李莉萍
  • 通讯作者:
    李莉萍

其他文献

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面向高效光化学反应的氧化物AB2-xO4的合成化学和局域态到自由态电子转变研究
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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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