应力释放构筑石墨烯/Fe3O4/石墨烯三层纳米膜卷曲管及其SEI膜和赝电容研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51602167
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    刘相红
  • 依托单位：
    青岛大学
  • 学科分类：
    E0205.无机非金属基复合材料
  • 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

An efficient route of “two sacrificial layers” assisted strain-engineered rolled-up nanotechnology is proposed herein to fabricate rolled-up Graphene/Fe3O4/Graphene (G/Fe3O4/G) trilayer nanomembrane tubular architechures as anodes of LIBs for SEI layer and pseudocapacitance investigation. The superior bendability and mechanical feature of nanomembranes can buffer the strain of lithiation/delithiation to postpone the structure pulverization of electrode materials. The Graphene nanolayers on both surfaces of Fe3O4 nanomembranes will protect the electrodes from the erosion of electrolyte to form stable SEI layers, which is crucial to improve cycling stability. The pseudocapacitance of the rolled-up nanomembranes will be experimentally characterized and quantified to evaluate its role in improving rate capability and power density of LIBs. With G/Fe3O4/G as a proof-of-concept, the outcome of this project will contribute to the design of high-performance electrode materials for LIBs.
本项目提出“双牺牲层”分步剥离的应力释放卷曲纳米技术路线，构筑石墨烯/Fe3O4/石墨烯（G/Fe3O4/G）三层纳米膜卷曲管，作为锂电负极材料，用于SEI膜和赝电容效应研究。旨在以纳米膜良好的弯曲性能和机械性能缓冲锂化/脱锂应力，以纳米膜卷曲管内部空腔容纳体积膨胀，延缓材料结构碎裂粉化，延长循环寿命；利用两侧表面的石墨烯保护层减轻电解液对内层Fe3O4纳米膜的侵蚀，形成致密稳定的SEI膜，延缓容量衰减，提高循环稳定性；表征、量化G/Fe3O4/G三层纳米膜卷曲管的赝电容效应对提高倍率性能和功率密度的贡献。本项目提出的G/Fe3O4/G三层纳米膜卷曲管结构模型也可以推广到其他电极材料，为设计高性能的锂离子电池电极材料提供新的设计思想。

结项摘要

锂离子电池作为重要的电化学储能器件，已被广泛应用于各种便携式设备，也有望成为混合电动汽车的动力电源。研制高能量密度、高功率密度的锂离子电池以满足快速增长的、未来多样化的需求，是锂离子电池研究者的终极目标，而关键在于电极材料的设计和制备。本项目以SnO2、SnS、MoS2、Sn、Fe3O4等材料体系为例，从材料结构设计的角度出发，设计了两种代表性微纳结构：（1）三明治夹层复合结构，如carbon/SnO2（Fe3O4、SnS）/graphene、carbon/Sn/carbon复合空心球；其中，carbon/SnO2/graphene三明治结构的外层carbon显著降低了SnO2纳米颗粒二次团聚，因而具有优异了锂电性能。在100mA/g循环150圈后的可逆容量为815 mhA/g，并且具有优良的倍率性能。通过模板法制备的carbon/Sn/carbon双层空心球，由于碳层的纳米限域效应，在100mA/g循环130圈后的可逆容量为1100mhA/g，倍率测试在5A/g电流密度下的可逆容量为430mhA/g。通过EIS电化学阻抗测试，发现碳纳米层的包覆，不但降低了材料的电阻，还有助于增强了材料的锂离子迁移系数。此外，发现赝电容储锂效应对总体容量具有很大的贡献。（2）一维纳米管复合结构，如在一维碳管上垂直生长MoS2纳米片、碳管上垂直生长In2S3纳米片、具有强界面耦合的Fe3O4 /碳纳米管复合材料。碳纳米管可以提供较高的电子传导，其中，Fe3O4 /碳管复合材料由于碳层的包覆作用获具有强界面耦合，在充放电过程中产生的体积膨胀和粉化问题被外层包覆的碳纳米层有效缓解，从而获得了优良的电池循环性能。垂直生长于纳米管上的纳米片具有较大的间距同时有助于缓解MoS2纳米片在嵌锂过程中的体积膨胀；而垂直生长于纳米管上的纳米片具有较大的间距，有助于锂离子的插入和脱出。本项目提出的纳米结构设计策略为发展高容量和长寿命的锂离子电池负极材料提供了新的设计思想。本项目的研究成果包括：正式发表SCI论文10篇，授权发明专利3项，参与撰写英文专著一个章节。此外，积极拓展研究方向，对一些半导体材料的在气体传感器方面的应用进行了探索。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
In2S3 nanosheets anchored on N-doped carbon fibers for improved lithium storage performances
In2S3 纳米片固定在氮掺杂碳纤维上，可提高锂存储性能
  • DOI：
    10.1016/j.ssi.2018.11.001
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    SOLID STATE IONICS
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Sun, Li;Liu, Xianghong;Zhang, Jun
  • 通讯作者：
    Zhang, Jun
Rolled-up SnO2 nanomembranes: A new platform for efficient gas sensors
卷状 SnO2 纳米膜：高效气体传感器的新平台
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2018.02.187
  • 发表时间：
    2018-07-01
  • 期刊：
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Liu, Xianghong;Ma, Tiantian;Zhang, Jun
  • 通讯作者：
    Zhang, Jun
Synergy between Au and In2O3 microspheres: A superior hybrid structure for the selective and sensitive detection of triethylamine
Au 和 In2O3 微球之间的协同作用：用于选择性和灵敏检测三乙胺的优异杂化结构
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2019.03.137
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zheng Lingli;Ma Tiantian;Zhao Yingqiang;Xu Yongshan;Sun Li;Zhang Jun;Liu Xianghong
  • 通讯作者：
    Liu Xianghong
Susceptible CoSnO3 Nanoboxes with P-type Response for Triethylamine detection at low Temperature
具有 P 型响应的易感 CoSnO3 纳米盒用于低温三乙胺检测
  • DOI：
    10.1039/d0ce00170h
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    CrystEngComm
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Lingli Zheng;Yingqiang Zhao;Yongshan Xu;Chen Yang;Jun Zhang;Xianghong Liu
  • 通讯作者：
    Xianghong Liu
Synthesis of graphene/α-Fe2O3 nanospindles by hydrothermal assembly and their lithium storage performance
水热组装石墨烯/α-Fe2O3纳米纺锤的合成及其储锂性能
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2017.09.182
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Tiantian Ma;Yongshan Xu;Li Sun;Xianghong Liu;Jun Zhang
  • 通讯作者：
    Jun Zhang

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其他文献

秦岭西部铧厂沟金矿床主矿带原生晕分带特征及深部预测
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    地质与资源
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    曹强;刘家军;吴杰;陶银龙;王立新;刘相红
  • 通讯作者：
    刘相红

其他文献

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刘相红的其他基金

单根半导体纳米膜卷曲管Lab-in-tube微型气体传感器的构筑与性能研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2019
  • 资助金额：
    60 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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