CNTs孔结构中SnO2表面晶核诱导电沉积制备DAFCs高Pt利用率阳极催化剂

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    U1304215
  • 项目类别：
    联合基金项目
  • 资助金额：
    30.0万
  • 负责人：
    王建设
  • 依托单位：
    郑州大学
  • 学科分类：
    B0809.光化学与电化学工程
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The lower utilization, activity and stability of noble metal catalysts are the common issues faced by direct alcohol fuel cells. Due to the fact that porous structure favors mass transfer and catalyst utilization, and SnO2 is a corrosion-resistant and co-catalytic support, and electro-deposition can improve catalyst utilization, porous CNT-based structure is formed using pore-forming agents and on CNTs are loaded SnO2 as supports. On SnO2 there lie nuclei of Pt, Au or Pd that can induce electro-deposition of Pt and Au on SnO2, resulting with porous catalysts layer of Pt/SnO2/CNTs and Au/SnO2/CNTs. Au@Pt/SnO2/CNTs and Au@PtRh/SnO2/CNTs are prepared employing electro-deposition on Au/SnO2/CNTs. To achieve the facile regulation of electro-deposition, the effects of electro-deposition conditions are investigated on sizes, morphologies, composition and electrochemical active specific surface area of Pt catalysts. Catalysts series are prepared for structural characterization and the electrochemical methods are used to study the utilization, activity and stability of catalysts and the mass transfer properties of catalysts layer, the structure-performance relationship being analyzed based upon the above results. Finally the direct ethanol fuel cells are assembled for comprehensive performance evaluation. This study is meaningful for improving catalysts performance and expediting DMFC commercialization,and can boost theoretical development in electrodeposition regulation and application guidance.
直接醇燃料电池(DAFCs)存在贵金属催化剂利用率低、活性及稳定性不高问题。鉴于孔结构利于催化层传质和催化剂利用，SnO2有耐蚀性和助催化作用，电沉积可提高催化剂利用率，故用载有SnO2的碳纳米管CNTs和造孔剂构筑孔结构，利用SnO2表面Pt、Au和Pd核诱导，将Pt和Au选择性电沉积在SnO2表面，制得Pt/SnO2/CNTs和Au/SnO2/CNTs，在Au/SnO2/CNTs基础上继续电沉积可制备Au@Pt/SnO2/CNTs和Au@PtRh/SnO2/CNTs。通过考察电沉积条件对催化剂粒径、形貌、组成、电化学活性面积等影响，掌握电沉积调控规律；对系列催化剂进行结构表征，并考察催化剂利用率、活性、稳定性和催化层传质特性，分析催化剂结构与性能关系并组装电池评价性能。该研究对提高催化剂性能和加快DMFC市场化进程有实际价值，对探索电沉积调控规律和拓展电沉积应用有积极理论意义。

结项摘要

直接液体燃料电池阳极催化剂以贵金属Pt和Pd为主要催化组分，尚存在贵金属利用率、活性及稳定性有待提高等问题。因电沉积可提高催化剂利用率，本项目首先探索了在Au基底表面电沉积Pt及Pd以提高利用率及催化活性等，进一步探索了催化剂结构与性能关系，并初步研究了载体特性对催化剂抗毒性影响。(1)利用SnO2表面Au核诱导，将催化剂选择性电沉积在SnO2表面Au核上，制得复合催化剂Pt-on-Au/SnO2/CNTs。催化剂对碱性体系甲醇电氧化具有优异催化性能(最高质量活性约220 A mgPt-1)，解释了Au与Pt之间的协调催化作用，为催化剂设计提供了新思路。进一步制备了Pd-on-Au和Pt-on-Pd-on-Au催化剂，改善了Pt的稳定性。(2)通过考察甲醇和乙醇在不同表面组成Pt-on-Pd系列催化剂上电氧化活性及稳定性，发现Pt对甲醇及乙醇电氧化催化活性均优于Pd但乙醇在Pt上活性衰减较快。分析原因认为，乙醇电氧化中间产物在Pt上缩聚引起Pt活性降低，因此乙醇电氧化宜选择Pd基催化剂而甲醇电氧化宜选择Pt基催化剂。(3)利用原子层沉积技术制备了Pd-on-Ag系列催化剂，发现其Pd利用率及对甲酸盐电氧化抗毒性均优于Pd催化剂。这归因于Ag基底对Pd组分的电子调节作用，为甲酸盐电氧化催化剂结构设计提供研究基础。(4)将Pt分别载于碳纳米管与石墨烯上制得催化剂Pt/CNTs和Pt/GNs用于甲酸盐电氧化，多种评价指标一致表明Pt/GNs抗毒性显著优于Pt/CNTs，这可归因于石墨烯表面较多缺陷位与Pt的强相互作用。进一步以CNTs为基础制得缺陷程度/官能团特性不同的系列载体负载Pt用于甲酸盐电氧化。抗毒性分析表明，缺陷程度越大，则Pt与载体间相互作用越大，Pt抗毒性越好。该结果为从载体角度改善催化剂抗毒性提供了新思路。总之，该项目为改善催化剂利用率、活性、稳定性及抗毒性等，创新了制备方法，揭示了构效关系，初步探索了载体特性对催化剂抗毒性影响规律。实现了预期研究目标，拓展了研究内容，具有较强创新性。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
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专利列表
Highly active Pt-on-Au catalysts for methanol oxidation in alkaline media involving a synergistic interaction between Pt and Au
高活性 Pt-on-Au 催化剂用于碱性介质中的甲醇氧化，涉及 Pt 和 Au 之间的协同相互作用
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2014.01.044
  • 发表时间：
    2014-03
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Jianhong Zhao;Chengying Song;Liucheng Wang;Jiujun Zhang
  • 通讯作者：
    Jiujun Zhang
Electrocatalytic activity and stability of carbon nanotubes-supported Pt-on-Au, Pd-on-Au, Pt-on-Pd-on-Au, Pt-on-Pd, and Pd-on-Pt catalysts for methanol oxidation reaction
碳纳米管负载Pt-on-Au、Pd-on-Au、Pt-on-Pd-on-Au、Pt-on-Pd和Pd-on-Pt催化剂对甲醇氧化反应的电催化活性和稳定性
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2014.10.036
  • 发表时间：
    2014-12
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Xueliang Sun;Lei Zhang;Jiujun Zhang;Liucheng Wang
  • 通讯作者：
    Liucheng Wang
Superior anti-poisoning performance of graphenes versus carbon nanotubes as Pt catalysts supports for formate oxidation
作为甲酸氧化的 Pt 催化剂，石墨烯与碳纳米管相比具有优异的抗中毒性能
  • DOI：
    10.1016/j.ijhydene.2015.11.033
  • 发表时间：
    2016-01
  • 期刊：
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Cheng NC;Riese A;Wang SD;Sun XL
  • 通讯作者：
    Sun XL
Comparative study to understand the intrinsic properties of Pt and Pd catalysts for methanol and ethanol oxidation in alkaline media
比较研究了解碱性介质中甲醇和乙醇氧化的 Pt 和 Pd 催化剂的固有性质
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2015.10.151
  • 发表时间：
    2015-12
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Banis MN;Xiao BW;Riese A;Sun XL
  • 通讯作者：
    Sun XL
Pd on carbon nanotubes-supported Ag for formate oxidation: The effect of Ag on anti-poisoning performance
碳纳米管负载的钯用于甲酸盐氧化：银对抗中毒性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2016.05.074
  • 发表时间：
    2016-08
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Cheng, Niancai;Banis, Mohammad Norouzi;Riese, Adam;Sun, Xueliang
  • 通讯作者：
    Sun, Xueliang

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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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