磷化铁纳米复合材料的制备及其双功能全解水反应研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51702213
  • 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:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Hydrogen energy is a clean resource for replacing fossil fuels in the future. Electrolysis of water as a simple method for producing hydrogen requires the use of efficient electrocatalysts to decrease the overpotential and enhance the reaction efficiency. Thus, replacing noble metal-based electrocatalysts with highly efficient and inexpensive non-noble metal-based bifunctional water-splitting electrocatalysts is critical for the practical applications of this technologies. This research project aims to design and synthesize three-dimensional hierarchical iron phosphide composites, and study their bifunctional electrocatalytic performance for overall water splitting. The influence of experimental condition on the chemical composition, morphological structures and the amount of exposed active sites of the catalyst system will be studied systematically, meanwhile, the surface and interface chemistry and the electronic structure of the catalyst system will also be tailored. The bifunctional water-splitting performances of composite electrocatalysts will be evaluated and optimized, and the relationship between the electrocatalysis properties and structural features will be disclosed. Combined with the theoretical calculation, the catalytic mechanism and model of the electrocatalysts for overall water splitting will be investigated and established finally. This project will be of great significance for the design and development of novel and high efficient bifunctional overall water-splitting electrocatalysts and their application in electrochemical energy conversion technologies.
氢能被誉为21世纪清洁和可持续能源之一,电化学全解水是实现大规模制氢最为简单的方法,但需要高效的电极催化剂,减小反应过电势,提高反应效率。因此,开发廉价高效的非贵金属双功能全解水电催化剂是实现和推广上述制氢技术的关键因素之一。本项目拟以低成本的磷化铁和功能性碳材料为基础,构筑三维分级结构碳基磷化铁复合材料,并作为双功能电催化剂应用在全解水反应中。系统研究实验条件对产物组分、形貌、结构以及尺寸的影响,调控催化剂体系表界面化学以及电子结构。研究和分析复合催化材料的双功能析氢析氧催化性质,确定催化剂在全解水反应中的构效关系,结合理论计算探讨并建立催化剂水分解反应机理模型。本项目的实施对于设计和发展新型复合结构的高效双功能电解水催化剂及其在电化学能源转换技术中的应用具有十分重要的实践意义。

结项摘要

电化学全解水是实现大规模制氢最为简单的方法,但需要高效的电极催化剂,减小反应过电势,提高反应效率。因此,通过整合析氢催化剂和析氧催化剂的优点,开发廉价高效的非贵金属双功能全解水电催化剂是实现上述制氢技术商业化应用的关键因素之一。本项目以低成本的磷化铁和功能性碳材料为基础,构筑三维分级结构碳基磷化铁复合材料,并作为双功能电催化剂应用在全解水反应中。系统研究实验条件对产物组分、形貌、结构以及尺寸的影响,调控催化剂体系表界面化学以及电子结构。研究和分析复合催化材料的双功能析氢析氧催化性质,确定催化剂在全解水反应中的构效关系,结合理论计算探讨并建立催化剂水分解反应机理模型。主要研究内容包括1)通过仿生策略合成了具有分级结构的 FeP 纳米结构阵列薄膜,此纳米结构的 FeP 薄膜在酸性、中性和碱性电解质中均显示出了良好的析氢催化性能。2)实现简单合成并构建具有三维结构的碳基磷化铁纳米复合析氢析氧催化剂,体系中具有催化活性的多孔性FeP一维纳米棒与一维碳纳米管(FeP NWs/CNTs)或者二维纳米石墨烯(FeP NWs/rGO)所形成的三维结构促进了催化剂与电解液的接触传质以及电子传递,从而大大提高了电催化剂效率。3)通过离子交换结合低温磷化法成功制备了碳布负载的磷化铁纳米管三维水分解催化电极,由于其独特的电极宏观结构和催化层微观结构,所制备的三维电极可以极大促进电化学水分解过程中所产生的氢气(H2)/氧气(O2)在电极表面的扩散,从而极大地提升了催化反应效率,实现了高效电解水催化电极的可控构筑。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Supercritical CO2-Assisted synthesis of NiFe2O4/vertically-aligned carbon nanotube arrays hybrid as a bifunctional electrocatalyst for efficient overall water splitting
超临界 CO2 辅助合成 NiFe2O4/垂直排列碳纳米管阵列混合体作为双功能电催化剂,用于高效整体水分解
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.01.011
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Xu Yong;Yan Ya;He Ting;Zhan Ke;Yang Junhe;Zhao Bin;Qi Kai;Xia Bao Yu
  • 通讯作者:
    Xia Bao Yu
Engineering of molybdenum sulfide nanostructures towards efficient electrocatalytic hydrogen evolution
硫化钼纳米结构工程以实现高效电催化析氢
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2019.04.106
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Xie Sheng;Sun Bowen;Sun Hao;Zhan Ke;Zhao Bin;Yan Ya;Xia Bao Yu
  • 通讯作者:
    Xia Bao Yu
Defective crystalline molybdenum phosphides as bifunctional catalysts for hydrogen evolution and hydrazine oxidation reactions during water splitting
有缺陷的结晶磷化钼作为水分解过程中析氢和肼氧化反应的双功能催化剂
  • DOI:
    10.1039/c9qi01005j
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    INORGANIC CHEMISTRY FRONTIERS
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Gao, Yan;Wang, Qiang;Chen, Yuan
  • 通讯作者:
    Chen, Yuan
Metal-organic framework-derived hierarchical ultrathin CoP nanosheets for overall water splitting
用于整体水分解的金属有机框架衍生的分层超薄 CoP 纳米片
  • DOI:
    10.1039/d0ta07616c
  • 发表时间:
    2020-10-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Liu, Jianglin;Gao, Yan;Yan, Ya
  • 通讯作者:
    Yan, Ya
Bio-inspired design of hierarchical FeP nanostructure arrays for the hydrogen evolution reaction
用于析氢反应的分层 FeP 纳米结构阵列的仿生设计
  • DOI:
    10.1007/s12274-017-1919-2
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Nano Research
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Yan Ya;Shi Xue Rong;Miao Mao;He Ting;Dong Ze Hua;Zhan Ke;Yang Jun He;Zhao Bin;Xia Bao Yu
  • 通讯作者:
    Xia Bao Yu

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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

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          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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