熔盐电解氧化铁/碳混合固态阴极制备碳化铁包覆结构纳米铁的基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51804221
  • 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:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Interaction between iron and carbon species is a classical proposition in metallurgy, which also forms scientific grounds for high-benefit metallurgy. In our preliminary study, metallic Fe nanoparticles were successfully prepared via electrolysis of the solid hybrid between iron oxide and graphite in molten salts, in which minor iron carbide generated on the surface of metallic Fe nanoparticles effectively retards agglomeration of Fe nanoparticles. It is speculated that such an unusual phenomenon might be due to the coupling result between electro-reduction of iron oxides and in-situ formation of iron carbide. Based on the preliminary results, by introducing the microstructure and composition controlling experiences between Fe3C and Fe in iron and steel industry to the molten salt electrolysis process, this project aims at production of Fe3C-coated metallic Fe nanoparticles (Fe@Fe3C) via electrolysis of the solid hybrid between iron oxide and graphite in molten salt. To deep understand the synergy process of multi-phase reactions, the following contents are investigated: (1) structure and composition design of the carbon-containing iron oxide solid cathode; (2) the electrode reaction mechanism for the Fe@Fe3C structure formation; (3) the structure-function relationship for the prepared Fe@Fe3C nano-functional materials. Correspondingly, the results reveal the particle size evolution process, illustrate the iron carbide shell formation mechanism including the regulating rules, and finally uncover the relationship between the surface structure and functional characteristics. Hopefully, the present study contributes to lay a theoretical foundation and provide basic data for metallic nanoparticles preparation by molten salt electrolysis.
铁碳物种的相互作用是冶金过程中的经典问题,且是实现冶金增值化的科学基础。申请人在前期预研中,通过熔盐电解氧化铁/石墨混合固态阴极制备了纳米级金属铁,且表面生成的少量碳化铁可使产物粒径显著降低。申请人推测这一特异现象可能是氧化铁电化学还原-铁碳化合反应协同耦合的结果。本项目拟在此基础上,将钢铁材料金属热处理过程碳化铁-铁物相间的微观组织调控这一经典问题引入熔盐电解体系,提出直接熔盐电解氧化铁/碳混合固态阴极制备碳化铁包覆的纳米铁功能材料,围绕电解过程铁、碳物种的多反应协同耦合及界面成分微结构调控这一科学问题,拟通过研究固态阴极成分-结构设计、碳化铁包覆铁结构形成的电极反应机制及调控、产物界面微结构与催化性能构效关系,探明金属铁粒径演变规律,揭示碳化铁包覆层生长机制及调控措施,阐明界面结构与催化活性的作用机理,为发展高活性铁基催化剂的熔盐材料高效制备技术提供科学基础。

结项摘要

熔盐电解固态氧化物是一种新型的电化学冶金技术,其中蕴含很多特殊的固-固反应界面现象。例如,在固相氧化物电解转化为固态金属单质过程,由于热烧结严重,电解产物均为微米级海绵态金属,而当掺入非金属元素如碳时,部分微米级海绵态金属会转变为相应的纳米级碳化物。这表明碳化物具有抑制固态产物烧结团聚的作用,巧妙利用这一特殊界面现象有望为高附加值功能金属材料的短程制备提供新方法。.本项目以金属铁氧化物为对象,通过在其固态氧化物电解过程引入非金属元素碳,构建金属-碳-氧电解体系以诱发表界面碳化过程,实现产物的结构纳米化、成分碳复合化,提高熔盐电解产物的成分微结构可控性,拓展电解产物的功能属性。重要结果如下:. 1) 以Fe2O3为固态阴极,以包覆的有机物为碳源,通过电解条件优化及电解质成分的选型,实现了Fe-O-C转化为碳包覆纳米铁-碳化铁(Fe/Fe3C@C)的复合纳米材料。采用热力学计算、气体在线监测及不同条件下产物成分演变规律,发现了电解-热解耦合作用机制。. 2) 发现了产物的多功能应用属于。产物特殊的微结构及成分特征赋予其优异的电化学析氢性能(在0.5 M H2SO4体系10 mA cm-2的过电位为147 mV,塔菲尔斜率仅78 mV dec-1。在1 M KOH碱性条件下,上述数值为153 mV及91 mV dec-1。)及显著的固硫能力(用于锂硫电池固硫电极时,经1C充放电370圈后容量保持在620 mAh g-1)。另外,产物具备优异的降解甲基蓝等水体污染物的能力。. 上述研究结果不仅高附加值功能金属基材料的短程制备提供了新方法,同时也为熔盐电解过程产物的成分-形貌微结构调控提供了新策略,另外也为温室气体CO2的熔盐捕获-高值转化提供了新思路。

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(3)
Enhanced electrodeposition and separation of metallic Cr from soluble K2CrO4 on a liquid Zn cathode
在液态锌阴极上增强电沉积和金属铬与可溶性 K2CrO4 的分离
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2019.04.021
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Weng Wei;Wang Zhi;Guo Zhancheng;Jiao Shuqiang;Wang Mingyong
  • 通讯作者:
    Wang Mingyong
Electrochemical synthesis of ammonia in molten salts
熔盐中电化学合成氨
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2019.09.006
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Yang Jiarong;Weng Wei;Xiao Wei
  • 通讯作者:
    Xiao Wei
Template-Free Electrochemical Formation of Silicon Nanotubes from Silica.
从二氧化硅中自由电化学形成硅纳米管的模板
  • DOI:
    10.1002/advs.202001492
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weng W;Yang J;Zhou J;Gu D;Xiao W
  • 通讯作者:
    Xiao W
Thermoelectrochemical formation of Fe/Fe3C@hollow N-doped carbon in molten salts for enhanced catalysis
熔盐中热电化学形成 Fe/Fe3C@空心氮掺杂碳以增强催化作用
  • DOI:
    10.1039/d0ta00565g
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Weng Wei;Zhou Jing;Gu Dong;Xiao Wei
  • 通讯作者:
    Xiao Wei
Electrochemical fixation of CO2 over a Mo plate to prepare a Mo2C film for electrocatalytic hydrogen evolution
将 CO2 电化学固定在 Mo 板上制备用于电催化析氢的 Mo2C 薄膜
  • DOI:
    10.1039/d1qm00443c
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Materials Chemistry Frontiers
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Xiao Hansheng;Zhu Hua;Weng Wei;Li Kongzhai;Li Wei;Xiao Wei
  • 通讯作者:
    Xiao Wei

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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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