合金纳米棒阵列修饰的绣球碳等级孔复合体系的构筑及其电催化析氢性能研究

批准号:
21771140
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
温鸣
依托单位:
学科分类:
B0103.团簇与纳米化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
祝全敬、陈世陪、房昊、毋青男、吴丹丹、邢柯、顾琛、李佳琪、张雨熹
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中文摘要
针对当前电催化水解析氢反应所需求的低过电位和高催化活性难题,本项目拟利用“喷雾热解技术”、“种籽生长法”和“界面组装手段”,拟构筑系列镍基合金纳米棒阵列修饰的绣球碳等级孔复合体系(Ni-AlloyNRs-array/PCS)电催化纳米材料。这一等级孔复合体系包含了丰富的互通大孔和绣球碳壁内的微孔以及与合金纳米棒阵列形成的介孔。该材料利用等级孔结构促进电催化析氢反应物质传输;利用合金纳米棒阵列提高活性位点的内在活性和密度,降低电化学反应的能垒;利用导电的绣球碳骨架和合金阵列促进电极和电解质界面上的电荷传递。最终达到减小极化,降低过电位,增强催化材料内在活性的目的,从而实现稳定高效的电催化水解析氢。通过改变材料的等级孔结构、合金组成、合金纳米棒阵列的密度和绣球碳的掺杂等来研究电催化的调控过程,优化析氢性能,揭示电催化剂的构效关系。课题的开展将为推进氢能的发展起到积极作用。
英文摘要
Facing to the problem on undesirable over-potential of hydrogen revolution and catalytic activity, this project plans to design and prepare serials of Ni-based alloy nanorods array modified overall porous-carbon-spheres (Ni-AlloyNRs-array/PCS) hierarchical porous composite system electrocatalytic nanomaterials with high catalytic activity by using “spray-pyrolysis technique”, “seed growth method” and “interface assembly way”. This hierarchical porous composite system contains rich overall channel macroporous and microporous in PCS wall and mesoporous formed by alloy nanorods array. As-designed nanomaterial will utilize hierarchical porous structure to promote mass transfer in electrocatalysis process; employs alloy nanorods array to increase the intrinsical activity of each active-cites for the decrease of energy barrier in electrochemical reation; depend on the conductivity of PCS and Ni-based alloy nanorods array to diliver the electrons on the interface of electrod and electrolyte. Thus, the purposes can be reached for reducing polarization, lowering overpotentional and enhancing catalytic activity, and we hope to realize the high efficiency stable electrocatalytic hydrogen revolution toward the water splitting. The investigation of electrocatalytic controlling process can be carried out through the adjusting of hierarchical porous structure, alloy component, the density of alloy nanorods array and hybride PCS, which can be used to optimize the performance of hydrogen revolution, and reveal the structure and function relation. This project is expected to impel the development of hydrogen energy.
基于发展清洁氢能中的高效电催化水解产氢目的,本课题建立了纳米合金及其氧化物修饰的绣球碳等级孔复合体系纳米催化材料的合成新体系,获得了七大系列“纳米合金/金属氧化物-绣球碳”等级孔复合体系和“金属/合金-金属氧化物”多孔复合体系的构筑,并研究了这些纳米材料应用于电催化水解产氢和锂/钠离子储存以及环境污染物的降解与转化等的催化性能。取得的创新研究成果主要包括:1)建立了喷雾热解-界面组装-原位相转变新技术,合成了“纳米合金-绣球碳”等级孔复合体系,该类材料可以显著提升电解水产氢的催化性能,并降低了高效电催化水解产氢的成本问题; 2)发展了基于绣球碳的溶剂热原位生长以及结合镁热还原新方法,制备了“金属氧化物-绣球碳”、“金属/碳酸盐-绣球碳”、“金属-碱式金属氧化物-碳纳米管”等系列的贯通孔复合体系,这类材料表现出对电极材料的电化学活性高效提升效果,为储能材料的发展提供了新思路; 3)提出了“动力学调控组装-控制还原”新方法,构筑了 “金属/合金-金属氧化物”体系不同系列纳米异质结构,该类材料对一氧化碳氧化和抗生素等环境污染物降解表现出高效的催化活性,为环境保护探索了新途径;4)拓展了溶剂热中结构导向剂调控过程,获得了放射状多元合金纳米镶嵌结构,在催化甲醇氧化方面展现出卓越的催化活性,这对发展燃料电池有积极意义。对上述纳米材料合成与催化机理进行了深入研究,探索了材料组成/结构与性能的相关性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Novel Core-Sheath Cu/Cu2O-ZnO-Fe3O4 Nanocomposites with High-Efficiency Chlorine-Resistant Bacteria Sterilization and Trichloroacetic Acid Degradation Performance
具有高效耐氯细菌灭菌和三氯乙酸降解性能的新型核鞘Cu/Cu2O-ZnO-Fe3O4纳米复合材料
DOI:10.1021/acsami.0c21336
发表时间:2021
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Zhou Wei;Fu Lin;Zhao Long;Xu Xiaojuan;Li Weiying;Wen Ming;Wu Qingsheng
通讯作者:Wu Qingsheng
Bioinspired Sea-sponge Nanostructure Design of Ni(HCO3)2/Ni-on-C for a Supercapacitor with a Superior Anti-fading Capacity
Ni(HCO3)2/Ni-on-C仿生海海绵纳米结构设计用于具有卓越抗衰落能力的超级电容器
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Wu Qingnan;Wen Jiahao;Wen Ming;Wu Qingsheng;Fu Yongqing
通讯作者:Fu Yongqing
Ultrastable PtCo/Co3O4-SiO2 Nanocomposite with Active Lattice Oxygen for Superior Catalytic Activity toward CO Oxidation
具有活性晶格氧的超稳定 PtCo/Co3O4-SiO2 纳米复合材料,具有优异的 CO 氧化催化活性
DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b02937
发表时间:2020
期刊:Inorganic Chemistry
影响因子:4.6
作者:Wu D;an;Jia Runping;Wen Ming;Zhong Shuai;Wu Qingsheng;Fu Yongqing;Yu Shuhong
通讯作者:Yu Shuhong
Layered CuNi-Cu2O/NiAlOx nanocatalyst for rapid conversion of p-nitrophenol to p-aminophenol
层状 CuNi-Cu2O/NiAlOx 纳米催化剂用于对硝基苯酚快速转化为对氨基苯酚
DOI:10.1007/s12274-021-3391-2
发表时间:2021-03-29
期刊:NANO RESEARCH
影响因子:9.9
作者:Fu, Lin;Zhou, Wei;Ren, Panpan
通讯作者:Ren, Panpan
Active cobalt induced high catalytic performances of cobalt ferrite nanobrushes for the reduction of p-nitrophenol
活性钴诱导钴铁氧体纳米刷还原对硝基苯酚的高催化性能
DOI:10.1016/j.jcis.2018.10.022
发表时间:2019
期刊:Journal of Colloid and Interface Science
影响因子:9.9
作者:Zhang Yuxi;Fang Hao;Zhang Yanqiao;Wen Ming;Wu D;an;Wu Qingsheng
通讯作者:Wu Qingsheng
磷化双贱金属合金超薄膜dual-(Bimetallene-P)催化材料的超声脉冲界面构筑及其电解水性能研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:温鸣
- 依托单位:
多级复合纳米金属/合金异质织网结构的构筑与性能研究
- 批准号:51271132
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:温鸣
- 依托单位:
催化释氢导向的多元合金/镶嵌结构高活性晶面选择性合成及其机理研究
- 批准号:91222103
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:温鸣
- 依托单位:
贵金属线穿引铁系合金的异质结纳米链的制备及其性能研究
- 批准号:21171130
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:温鸣
- 依托单位:
多元非晶态合金纳米管的软硬复合模板诱导合成及其性质研究
- 批准号:20771085
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:28.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:温鸣
- 依托单位:
国内基金
海外基金
