廉价金属二维超薄纳米结构的拓扑化学合成与电化学应用

批准号:
21601012
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
邝允
依托单位:
学科分类:
B0103.团簇与纳米化学
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡钊、李鹏松、谢起贤、张前
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中文摘要
廉价金属二维超薄纳米结构以其优异的电催化活性和低廉的原料成本在能源转换、工业电解等领域展现出极高的应用潜力,然而其可控制备一直是限制其发展的瓶颈。申请人针对传统“自下而上”合成方法的局限性,拟发展“原位拓扑化学转化”的合成新方法,通过对较易制备的廉价金属化合物层状结构前驱体原位化学还原实现廉价金属二维超薄纳米结构的可控合成;通过探究廉价金属原位拓扑还原动力学过程,掌握二维超薄金属拓扑转化过程中晶体结构的变化规律,建立廉价金属合金的多组分协同拓扑转化转化机制,实现组成可调、尺寸可控二维超薄金属的构筑;通过发展多种表面化学调控手段,实现二维超薄金属及金属合金纳米片的表面物质组成、缺陷浓度和电子结构的精确调控,进而结合构效关系研究,实现廉价金属二维超薄纳米结构的定向设计与制备。该研究不仅将丰富二维纳米材料家族,更将进一步推动无机纳米结构可控合成方法的发展,为新能源器件的应用提供新的机遇。
英文摘要
Attribute to the high electrocatalytic performance and low cost, ultrathin non-precious-metal 2 dimensional (2D) nanostructures have shown great potential as active electrode material in electrocatalytic energy conversion and electrolysis fields. However, the controlled synthesis is the bottleneck for its further development right now. Aiming at the limitations of traditional “bottom-up” synthetic strategy, the applicants intend to develop a “in situ topotactic conversion” method to reduce the metal compound 2D precursors into 2D non-precious-metal nanosheets. Furthermore, through deep investigation on topotactic conversion kinetics, the crystalline structure evolution behavior and synergistic conversion mechanism could be uncovered, which could guide the synthesis and composition/size control of 2D non-precious-metal nanosheets. Besides, through the development of surface chemical modification methods, the surface composition, defect concentration and electronic structure could be well tuned. Combined with structure-activity relationship investigation, directional design and fabrication of 2D non-precious-metal nanosheets could be achieved. This research will not only enrich the 2D nanomaterial family, but also promote the development of inorganic synthetic method, and it will further provide new opportunities for the application of new energy devices.
通过本项目的资助,我们发展了拓扑化学合成方法,系统探究了金属氢氧化物向金属拓扑化学转化过程中的晶体结构演变规律,合成了一系列难以通过液相直接合成的金属和金属合金超薄材料。在此基础上,我们通过LDH前驱体的引入,发展了单原子分散金属合金二维超薄材料的可控合成方法,为高密度单原子金属催化活性中心的构筑提供了新的思路。更进一步,我们将金属拓扑化学合成体系拓展到了过渡金属硫化物、磷化物、氧化物等体系,系统探究了二维纳米结构拓扑化学合成规律,构建了一系列过渡金属基二维催化材料,具有优异的电解水活性与稳定性。在材料可控合成的基础上,我们进一步探索了多元材料界面结构与催化性能的构效关系,发展了多种表面化学调控手段,实现二维催化材料的表面物质组成、缺陷浓度和电子结构的精确调控,进一步提升了电化学催化活性与稳定性。.通过本项目资助,完成二维材料拓扑化学合成方法建立、高活性催化材料制备的既定目标,共发表SCI论文11篇,其中2篇论文入选ESI高被引论文,申请发明专利12项,超额完成项目申请时定下的指标。部分研究成果受到人民网、新华网、科学网、中国科学报、科技日报、国家自然科学基金网站、中国科学院网站、Science Daily、Forbes等国内外知名媒体的关注并做了相关报道。
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
Superaerophobic Ultrathin Ni-Mo Alloy Nanosheet Array from In Situ Topotactic Reduction for Hydrogen Evolution Reaction
用于析氢反应的原位拓扑还原超疏气超薄镍钼合金纳米片阵列
DOI:10.1002/smll.201701648
发表时间:2017
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Zhang Qian;Li Pengsong;Zhou Daojin;Chang Zheng;Kuang Yun;Sun Xiaoming
通讯作者:Sun Xiaoming
Solar-driven, highly sustained splitting of seawater into hydrogen and oxygen fuels
太阳能驱动、高度持续地将海水分解为氢和氧燃料
DOI:10.1073/pnas.1900556116
发表时间:2019-04-02
期刊:PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子:11.1
作者:Kuang, Yun;Kenney, Michael J.;Dai, Hongjie
通讯作者:Dai, Hongjie
Amorphous Ruthenium-Sulfide with Isolated Catalytic Sites for Pt-Like Electrocatalytic Hydrogen Production Over Whole pH Range
具有独立催化位点的非晶硫化钌在整个 pH 范围内用于类 Pt 电催化制氢
DOI:10.1002/smll.201904043
发表时间:2019-09-17
期刊:SMALL
影响因子:13.3
作者:Li, Pengsong;Duan, Xinxuan;Sun, Xiaoming
通讯作者:Sun, Xiaoming
Breaking the symmetry: Gradient in NiFe layered double hydroxide nanoarrays for efficient oxygen evolution
打破对称性:NiFe 层状双氢氧化物纳米阵列中的梯度可实现高效析氧
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.04.014
发表时间:2019-06
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:Zhou Daojin;Jia Yin;Duan Xinxuan;Tang Jialun;Xu Jie;Liu Dong;Xiong Xuya;Zhang Junming;Luo Jun;Zheng Lirong;Liu Bin;Kuang Yun;Sun Xiaoming;Duan Xue
通讯作者:Duan Xue
Constructing Earth-abundant 3D Nanoarrays for Efficient Overall Water Splitting - A Review
构建地球上丰富的 3D 纳米阵列以实现高效的总体水分解 - 综述
DOI:10.1002/cctc.201801783
发表时间:2019
期刊:ChemCatChem
影响因子:4.5
作者:Jamesh Mohammed Ibrahim;Kuang Yun;Sun Xiaoming
通讯作者:Sun Xiaoming
用于高盐度连续海水电解制氢的电极材料与器件
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:邝允
- 依托单位:
国内基金
海外基金
