课题基金 / 基金详情

具有高密度活性位点和框架结构限域的氧还原电催化剂的可控制备与性能研究

批准号:
52074119
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨亚辉
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨亚辉

项目摘要

结项摘要

杨亚辉的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
由于金属有机框架(MOF)/共价有机框架(COF)材料结构设计性与裁剪性,近年来被广泛作为前驱体,通过掺杂适量过渡金属再经高温碳化来制备M-N/C非贵金属氧还原催化剂。但由于高温过程带来了结构的不可控性与不可预测性,最终产物的催化性能难以控制,因此,建立MOF/COF前驱体与最终产物催化剂性能的直接关联关系是研究的关键。本项目拟在多尺度模型化的理论指导下,设计和筛选孔结构与分子大小相匹配的主体MOF/COF 材料以及具有潜在活性位点的有机小分子客体,开展主客体型前驱体及高活性位点氧还原催化剂的可控合成。从原子、分子层面探明具有优异催化性能的氧还原活性位点,反向剖析制备催化剂所选用主客体类型及比例等因素,强化在结构导向性能的体系下,实现高活性非贵金属氧还原催化剂的可控制备,开辟由前驱体结构直接推演碳化样品性能的氧还原催化剂的制备新技术,为突破高效非贵金属基氧还原催化剂的大规模制备提供新方案。
英文摘要
Recently, metal-organic frameworks (MOF)/covalent organic frameworks (COF) were widely employed as precursors for preparing oxygen reduction electrocatalysts due to rich element choices and tunable structures. However, owing to the poor conductive properties of MOF/COF, their non-conductive conjugated structures or enhanced π conjugation by pyrolysis are essential for the electrocatalytic activity, which may induce undesirable structure changes and even destruct the fine structures, resulting in uncertain performance of electrocatalysis. Therefore, it is very important but remains challenging to study the relationship between the MOF/COF precursors and the final electrocatalysts to establish an approach to directly synthesize the desired electrocatalysts from the designed MOF/COF precursors. The project plans to design and screen highly active MOF/COF-based electrocatalysts by tuning porous structure of MOF/COF precursors and guests with appropriate molecular size under the guide of multiscale model theory. By exploring the relationship between the electrocatalytic performance and structures of the MOF/COF precursors in the molecular and atomic dimensions, we are trying to find a simple method to precisely synthesize highly efficient non-precious metal-based oxygen reduction electrocatalysts. This proposed approach will open a window for large-scale synthesis of highly efficient non-precious electrocatalysts with high-density active sites in well-defined atomic distribution, which is highly desired for the fuel cell and metal-air batteries.
传统贵金属催化剂因稀缺、价格昂贵等问题限制了其在电催化氧还原(ORR)领域的应用,因此开发高效、低成本的非贵金属ORR催化剂成为关键。本项目聚焦于具有高密度活性位点和框架结构限域的氧还原电催化剂的可控制备与性能研究,研究内容主要涵盖以下方面:(1)设计合成了多种组成可调、结构可控的主客体型MOFs前驱体材料,如 Co/Ni@bio-MOF-1、NiZn-ZIF-Co等,并建立其组成和结构的调控机制,为后续衍生具有高密度活性位点碳基催化剂奠定了基础;(2)采用模板法、合金工程、界面耦合工程等策略制备了系列MOFs衍生碳基催化剂,深入探究了催化剂组成、结构等对其电催化 ORR/OER 性能的影响规律,建立了MOFs衍生碳基催化剂组成、结构与其ORR/OER 性能之间的构效关系;(3)结合原位光谱技术和密度泛函理论(DFT)计算,理清了CoNi₃-CoN₄、CoNi-CoN₃等高活性复合位点电催化ORR/OER性能显著增强的原因,揭示了CoNi₃-CoN₄、CoNi-CoN₃等复合位点协同提升电催化ORR/OER性能的作用机制,阐明了 CoNi₃-CoN₄、CoNi-CoN₃等复合位点电催化ORR/OER的反应机理;(4)采用静电纺丝、超快非平衡结晶、大电流活化、溶剂热和电化学半牺牲生长等方法,创新构筑多种具有高密度活性位的一体化电极,深入研究一体化电极结构对其电催化性能的影响规律。本项目的研究成果丰富了基于碳基催化剂的高效电催化氧还原体系,发展了具有高密度活性位的一体化电极的构筑原理与方法,为非贵金属电催化剂在能源领域的应用提供了新的技术参考和理论指导,推动了金属-空气电池、燃料电池和电解水制氢等能源存储转换技术的发展。
MOFs 衍生的多级孔M-N-C 氧还原电催化剂的制备与性能研究
  • 批准号:
    2022JJ30393
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    杨亚辉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金