MOFs复合体系可控热解构筑MoCx@C基复合纳米结构及其协同电催化机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21601187
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0102.配位化学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Development of high-performance, stable and low-cost pH-universal hydrogen evolution electrocatalyst is a major challenge faced by current energy and environmental science. To address this issue, this project intends to organically integrate Fe, Co, Ni-based metal-organic frameworks (MOFs) with different forms of molybdenum compounds via several routes, such as impregnation, vapor deposition, ion exchange and self-assembly in liquid phase. With this target composites being pyrolyzed in hydrogen atmosphere, in order to construct novel MoCx@C-based nanohybrid for electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). In virtue of the metal-embedded and heteroatom-doped carbon nanotubes or graphenes in situ formed during the carbonization of MOFs acting as both the conductive supports and catalytic fortifiers, the catalytic activity of MoCx is expectedly to be greatly enhanced. By systematically adjusted the synthetic conditions, and combined with the material characterizations and catalytic test, the formation mechanism, phase transformation process, migration and integrate rule of each component in MoCx@C-based nanohybrid, as well as the relationships between the structures and catalytic performance of MoCx@C-based nanohybrid can be fully recognized. Furthermore, an effort will be made to clarify the specific role of each active component and the electrocatalytic synergism between each other and also the different crystal phases of MoCx based on the interfacial structural simulation and theoretical calculations. This research will shed some light on both experimental and theoretical design and synthesis of high-performance MOFs-derived HER hybrid electrocatalysts.
发展可在全pH范围使用的高效、稳定且廉价的电解水制氢催化剂,是当前能源环境科学领域面临的一项重大挑战。本项目拟以铁、钴、镍基金属有机框架(MOFs)材料与不同形式钼的化合物,通过浸渍、气相沉积、离子交换及液相自组装等方式进行有机复合,并于氢气气氛下热解,构筑基于MoCx@C的新型纳米复合结构用作析氢反应的电催化剂。利用MOFs热解所原位生成的内嵌金属型掺杂碳纳米管或石墨烯,同时作为MoCx的导电载体及耦合增强体,以促进MoCx析氢催化性能的进一步提升。通过合成条件的调控,结合材料表征数据及催化性能测试结果,研究MoCx@C基复合结构各活性组分的形成机制、相变过程、迁移复合规律以及催化的构效关系。并对材料复合界面进行结构模拟及理论计算分析,阐明MoCx@C基复合结构中各活性组分及不同晶相MoCx间的协同催化机制,为此类基于MOFs的高效复合型析氢电催化剂的设计合成奠定实验和理论基础。

结项摘要

当前石化能源的日益枯竭以及地球环境的恶化,迫使我们需要开发出规模化的清洁可持续能源。电解水制氢由于其较高的产氢效率以及操作方便,成为目前极具前景的一种解决方案。但电解水阴阳两极仍需要发展出高效且廉价的氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)电催化剂。为此,本项目从钼化合物出发,将其与多孔金属有机框架材料进行有机复合,并以此为前驱物,通过可控热解过程,研制出高效的钼基电催化剂材料。通过本项目的实施,我们成功发展了多种钼化合物与金属有机框架材料复合的有效策略,认识了热解过程中两相物质各自的演化融合过程,为高效钼基电催化剂材料的结构组成优化提供了经验借鉴。对所合成的钼基电催化剂的电催化性能进行了系统表征,结果表明达到10mA/cm2的反应电流时,碱性介质中最佳HER和OER性能的过电位分别仅为37 mV和280 mV。我们进一步通过结合各种结构表征数据和理论计算结果,对钼基电催化剂的优异性能进行了分析,揭示了其各活性单元间的协同催化机制。本项目的成功实施,为基于金属有机框架材料衍生的高效电催化剂材料的构筑奠定了相关实验和理论基础。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Hollow POM@MOF hybrid-derived porous Co3O4/CoMoO4 nanocages for enhanced electrocatalytic water oxidation
空心 POM@MOF 杂化多孔 Co3O4/CoMoO4 纳米笼用于增强电催化水氧化
  • DOI:
    10.1039/c7ta08683k
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhang Linjie;Mi Taoqing;Ziaee Muhammad Asad;Liang Linfeng;Wang Ruihu
  • 通讯作者:
    Wang Ruihu
Nanohybrid of Carbon Quantum Dots/Molybdenum Phosphide Nanoparticle for Efficient Electrochemical Hydrogen Evolution in Alkaline Medium
碳量子点/磷化钼纳米粒子的纳米杂化物用于碱性介质中高效电化学析氢
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b00211
  • 发表时间:
    2018-03-21
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhang, Linjie;Yang, Yanmei;Wang, Ruihu
  • 通讯作者:
    Wang, Ruihu
Cube-shaped metal-nitrogen–carbon derived from metal-ammonia complex-impregnated metal-organic framework for highly efficient oxygen reduction reaction
源自金属-氨络合物浸渍金属-有机骨架的立方体金属-氮碳,用于高效氧还原反应
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.11.046
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chai Lulu;Zhang Linjie;Wang Xian;Hu Zhuoyi;Xu Yuwen;Li Ting-Ting;Hu Yue;Qian Jinjie;Huang Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang Shaoming
Bottom-up synthesis of MOF-derived hollow N-doped carbon materials for enhanced ORR performance
自下而上合成 MOF 衍生的中空 N 掺杂碳材料以增强 ORR 性能
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.02.006
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    CARBON
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chai, Lulu;Zhang, Linjie;Huang, Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang, Shaoming
Construction of hierarchical Mo2C nanoparticles onto hollow N-doped carbon polyhedrons for efficient hydrogen evolution reaction
在空心氮掺杂碳多面体上构建分级 Mo2C 纳米颗粒以实现高效析氢反应
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.134680
  • 发表时间:
    2019-10-20
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Chai, Lulu;Zhang, Linjie;Huang, Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang, Shaoming

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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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