基于表面终结态精细调控构筑高效非金属碳基薄膜氧电极催化剂的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is crucial and urgent to find alternative catalysts for fuel cells and metal-air batteries, aiming at replacing noble metal catalysts. It has been demonstrated that heterogeneous carbon materials show similar activity for the oxygen electrode reaction (ORR and OER). However, it is quite controversial for pinpointing the origin of active sites in doped carbon materials. Moreover, a comprehensive study is lack for optimizing the catalytic activity of oxygen electrode by tuning the fine surface termination state. Based on our previous theoretical and experimental investigations, this project targets to govern and control the surface structure of heteroatoms doped carbon film by a variety of treatments at the mesoscopic/microscopic/atomic scales. The doped atoms and groups on the surface will be identified by using EELS and low-voltage Cs-corrected electron microscopy as well as XPS and AES. Furthermore, complemented with in-situ XAS, Raman and first-principles calculation, the accurate surface termination states will be clarified, the catalytically active sites for ORR and OER will be revealed, and the architecture style of active sites of surface will be explored. The knowledge will be updated for surface structure of carbon-based catalyst for oxygen electrode on an unprecedented atomic/molecular level. Thus, we can provide guidance to design and prepare practical carbon-based catalysts abundant with concerted catalytically surface active sites.
寻求贵金属催化剂的替代材料是燃料电池与金属-空气电池等新能源领域前沿和热点问题之一。已有研究表明,非金属掺杂碳材料作为氧还原反应(ORR)与氧析出反应(OER)的催化剂具有与贵金属可比拟的催化特性。然而,科学界对掺杂碳材料氧电极反应催化活性来源众说纷纭。针对表面终结态的精准调控,优化氧电极催化活性,有效解决上述科学问题的系统性研究鲜有报道。基于申请人前期的理论与实验研究,本项目拟通过多方面的手段对碳膜的表面结构进行介观、微观及原子水平上的精准调控。采用电子能量损失谱和低电压球差校正电镜辅以XPS、AES等,辨认表面暴露的掺杂原子及基团,结合原位XAS、Raman等及第一原理计算,对碳膜的表面结构进行精准表征,揭示ORR/OER的催化活性位,探寻构建表面活性位的有效方法,将对碳基氧电极催化剂表面结构的认知提升到原子水平,为设计和制备表面富含协同催化活性位点、可实用化碳基催化剂提供指导。

结项摘要

寻求贵金属催化剂的替代材料是燃料电池与金属-空气电池等新能源领域前沿和热点问题之一。通过极其微量的杂原子(过渡金属、非金属)掺杂碳材料作为氧还原反应(ORR)的催化剂具有与贵金属可比拟的催化特性。然而,科学界对掺杂碳材料氧电极反应催化活性来源众说纷纭。针对表面终结态的精准调控,优化氧电极催化活性,有效解决上述科学问题的系统性研究鲜有报道。基于申请人前期的理论与实验研究,本项目通过设计多种不同制备策略,在微观尺度及原子水平上实现碳基催化剂的表面状态的精细调控。采用电子能量损失谱和球差校正电镜辅以XPS等,辨认表面暴露的掺杂原子及基团,结合原位XAS、Raman等表征技术及第一原理计算,对碳基催化剂的表面终结态和价态信息进行了精准表征,揭示了ORR的催化活性位,并对面向氧析出反应(OER)/氢析出反应(HER)的相关催化剂的活性进行了精准表征,提出了构建表面活性位的有效方法。相关研究成果经整理总结后,在国际学术期刊上发表20余篇论文,并参加学术会议交流10余次。因此对碳基氧电极催化剂表面结构的认知提升到原子水平,为设计和制备表面富含协同催化活性位点、可实用化碳基催化剂提供指导。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Highly -dispersed cobalt clusters decorated onto nitrogen -doped carbon nanotubes as multifunctional electrocatalysts for OER, HER and ORR
氮掺杂碳纳米管上修饰的高分散钴簇作为 OER、HER 和 ORR 多功能电催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2020.05.037
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Xingwei Zhou;Xin Liu;Jiahao Zhang;Cai Zhang;Seung Jo Yoo;Jin-Gyu Kim;Xianyu Chu;Chao Song;Peng Wang;Zhenzhen Zhao;Dabing Li;Wei Zhang;Weitao Zheng
  • 通讯作者:
    Weitao Zheng
Nonprecious Bimetallic Sites Coordinated on N-Doped Carbons with Efficient and Durable Catalytic Activity for Oxygen Reduction
氮掺杂碳上配位的非贵重双金属位点具有高效持久的氧还原催化活性
  • DOI:
    10.1002/smll.202000742
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Shan Yuan;Li-Li Cui;Zhiyu Dou;Xin Ge;Xingquan He;Wei Zhang;Tewodros Asefa
  • 通讯作者:
    Tewodros Asefa
Highly electrochemically-active surface area of Ni(OH)2 with petal structure in situ grown on conductive Ni foam for efficient hydrogen evolution reaction
在导电泡沫镍上原位生长具有花瓣结构的 Ni(OH)2 高电化学活性表面积,可实现有效的析氢反应
  • DOI:
    10.1002/sia.7002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Surface and Interface Analysis
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chao Song;Xingwei Zhou;Seung Jo Yoo;Yan Wang;Zunhao Zhang;Xiaoyu Zhang;Jin-Gyu Kim;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang
Mn/Cu nanoclusters-grafted N-doped carbon nanotubes: Robust oxygen electrode catalysts for Zn-air batteries
锰/铜纳米团簇接枝氮掺杂碳纳米管:用于锌空气电池的鲁棒氧电极催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2020.07.083
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Li Wang;Lili Cui;Xin Ge;Nailin Yue;Xingquan He;Wei Zhang;Tewodros Asefa
  • 通讯作者:
    Tewodros Asefa
Nickel foam-supported Fe,Ni-Polyporphyrin microparticles: Efficient bifunctional catalysts for overall water splitting in alkaline media
泡沫镍负载的 Fe,Ni-多卟啉微粒:用于碱性介质中整体水分解的高效双功能催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2020.08.013
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Shan Yuan;Lili Cui;Xingquan He;Wei Zhang;Tewodros Asefa
  • 通讯作者:
    Tewodros Asefa

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

黏结层对陶瓷/金属复合装甲抗弹性能的影响研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2019.13.014
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高玉波;张伟;宜晨虹;汤铁钢
  • 通讯作者:
    汤铁钢
Runoff quality and quantity after usage of layered or mixed substrate green roofs: a laboratory study
使用分层或混合基质绿色屋顶后的径流质量和数量:实验室研究
  • DOI:
    10.5004/dwt.2020.24990
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Desalination and Water Treatment
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    张伟;代金文;车伍;孙慧超
  • 通讯作者:
    孙慧超
隐球菌耐药机制及抗菌药物研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1002-2694.2020.00.113
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国人兽共患病学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗海海;卢才菊;张伟;徐新平
  • 通讯作者:
    徐新平
自储能多端背靠背柔性直流系统控制策略
  • DOI:
    10.16081/j.epae.201911005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛乐;张伟;袁晓冬;陈继忠;钟礼海
  • 通讯作者:
    钟礼海
COVID-19病例活动知识图谱构建——以郑州市为例
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20200201
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    武汉大学学报. 信息科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈晓慧;刘俊楠;徐立;李佳;张伟;刘海砚
  • 通讯作者:
    刘海砚

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

张伟的其他基金

基于半导体理论精细调控氧空位及其对层状MoO(3-x)电极插层赝电容储能机制影响的研究
  • 批准号:
    52272209
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于半导体理论精细调控氧空位及其对层状MoO(3-x)电极插层赝电容储能机制影响的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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]
      
关闭
close
客服二维码