高指数晶面结构Cu纳米晶的制备与CO2电催化还原性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21573183
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0205.电化学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Electrocatalytic reduction of CO2 is a hot topic in interdiscipline of electrochemistry, environmental science and energy science. Cu is a unique electrocatalyst for CO2 reduction, only which can convert CO2 into a series of organic molecules, such as hydrocarbons, alcohols and carboxylic acid. However, there are still several open questions: 1) Surface structure of Cu nanocatalyst is not well defined; 2) Catalytic activity and selectivity of Cu catalyst still need to be improved further; 3) The reaction mechanism of CO2 reduction, especially how C-C coupling to form C2+ products is not clear. It has been demonstrated that bulk high-index planes of Cu (e.g., Cu(711) and Cu(610)) have high electrocatalytic activity for CO2 reduction, and high selectivity for C2+ products. In this project, we want to take our advantages in high-index faceted Pt-group metal nanocrystals, electrocatalysis, and spectroelectrochemistry, to prepare Cu nanocrystals bounded by tunable high-index facets (such as tetrahexahedron and trapezohedron) to improve the electrocatalytic activity and selectivity for CO2 reduction. We then try to use a series of electrochemical in situ spectroscopic methods including FTIR, Raman and SFG to monitor reaction surface process and intermediates, as well as GC-MS, HPLC and electrochemical online MS and NMR to analyze reaction selectivity. We want to combine these results with DFT theoretical calculation to reveal CO2 reduction mechanism on Cu surfaces. This project may provide high-index faceted Cu nanocrystals with high catalytic performance for CO2 reduction, and help to elucidate the relationship between surface structure and catalytic activity for CO2 reduction.
CO2电催化还原是当前电化学、环境科学和能源科学等学科交叉的研究热点。Cu是该反应的一个特殊的电催化剂,只有它能够把CO2还原成碳氢化合物、醇和羧酸等有机物,但存在着Cu纳米催化剂结构不明确、催化活性和选择性不高、反应机理不清楚的关键问题。本体Cu的高指数晶面对CO2还原具有高催化活性和高C2以上产物的选择性。本项目拟在现有贵金属高指数晶面结构纳米晶的研究基础上,发展非贵金属纳米晶的电化学控制合成技术,制备由不同高指数晶面围成的Cu纳米晶(如二十四面体、偏方三八面体等),显著提高对CO2电催化还原的活性和选择性。在此结构明确的Cu纳米晶上,综合运用多种优势互补的电化学谱学方法(红外、拉曼、和频、质谱、核磁共振等)和色谱技术,检测CO2电还原过程的吸附态反应中间体和产物分布,并结合DFT理论计算,阐明构效规律和反应机理。

结项摘要

CO2电催化还原是当前电化学、环境科学和能源科学等学科交叉的研究热点。Cu是该反应的一个特殊的电催化剂,只有它能够把CO2还原成碳氢化合物、醇和羧酸等有机物,但存在着Cu纳米催化剂结构不明确、催化活性和选择性不高、反应机理不清楚等问题。本项目中我们结合金属纳米催化剂表面结构可控制备与理论计算,着重研究了不同表面结构的Cu基催化剂,特别是高指数晶面结构纳米晶对CO2电催化还原的性能与反应机理。取得如下主要结果:1)成功制备出了{530}高指数晶面结构的Cu二十四面体;2)首次制备出晶面连续可调的高指数晶面结构Pd二十四面体,并作为模型催化剂,获取构效规律,有效填补了传统本体单晶面模型催化剂与实际纳米催化剂在结构和尺度上的鸿沟;3)高指数晶面结构Pd二十四面体表面修饰Cu,有效调控了CO2电催化还原的反应选择性,发现单层Cu修饰时主要液相产物为乙醇,其选择性随着台阶原子的密度增加而增加,在{730}表面上法拉第效率可达27%。而0.8层Cu修饰时液相产物主要为甲醇。结合理论计算解释了反应选择性随Cu的覆盖度而变化的规律。DFT理论计算表明相较于纯Cu和纯Pd,在Pd台阶位上的单层Cu原子具有比较合适的CO吸附能(比Cu强,比Pd弱),使得CO2更容易发生还原,也有利于C-C偶联生成乙醇;4)通过制备铜基合金催化剂、还原氧化铜(OD-Cu)表面修饰、具有CO2捕获能力的碳载体材料等,调控了CO2还原的选择性;5)运用从头算分子动力学模拟等理论计算,证明Cu(100)表面CO2还原为CH4是按质子-电子转移机理,明确了溶剂水和界面电荷对CO2还原的促进机制。本项目对深入认识CO2在Cu基催化剂上电化学还原的选择性调控、构效规律和反应机理具有重要意义。项目执行期间在J. Am. Chem. Soc., Chem. Commun., ACS Catal.等期刊上共发表包括25篇标注项目号的SCI论文,指导5名硕士研究生毕业,协助指导3名博士研究生毕业,博士后出站一人。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
An insight into methanol oxidation mechanisms on RuO2(100) under an aqueous environment by DFT calculations
通过DFT计算深入了解水环境下RuO2(100)的甲醇氧化机理
  • DOI:
    10.1039/c6cp08522a
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Sheng Tian;Ye Jin Yu;Lin Wen Feng;Sun Shi Gang
  • 通讯作者:
    Sun Shi Gang
Surface structure effects of platinum-based catalysts for oxygen reduction reaction
氧还原反应铂基催化剂的表面结构效应
  • DOI:
    10.1016/j.coelec.2017.09.024
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Current Oppinion in Electrochemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bang-An Lu;Na Tian;Shi-Gang Sun
  • 通讯作者:
    Shi-Gang Sun
Identifying the significance of proton-electron transfer in CH4 production on Cu (100) in CO2 electro-reduction
确定质子电子转移在 CO2 电还原中 Cu (100) 上 CH4 生产中的重要性
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2016.12.016
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Sheng Tian;Sun Shi Gang
  • 通讯作者:
    Sun Shi Gang
Promoting Ethylene Selectivity from CO2 Electroreduction on CuO Supported onto CO2 Capture Materials
通过 CO2 捕获材料负载的 CuO 上的 CO2 电还原提高乙烯选择性
  • DOI:
    10.1002/cssc.201702338
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemsuschem
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Yang Hui Juan;Yang Hong;Hong Yu Hao;Zhang Peng Yang;Wang Tao;Chen Li Na;Zhang Feng Yang;Wu Qi Hui;Tian Na;Zhou Zhi You;Sun Shi Gang
  • 通讯作者:
    Sun Shi Gang
Free energy landscape of electrocatalytic CO2 reduction to CO on aqueous FeN4 center embedded graphene studied by ab initio molecular dynamics simulations
通过从头分子动力学模拟研究水性 FeN4 中心嵌入石墨烯上电催化 CO2 还原为 CO 的自由能图
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2017.09.052
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Sheng Tian;Sun Shi Gang
  • 通讯作者:
    Sun Shi Gang

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

明清医家治疗消渴病主要中药聚类分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国中医药现代远程教育
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘旭;田娜;喻嵘;蒋宛瑾;谢聪;赵灿
  • 通讯作者:
    赵灿
山东省农村社区卫生服务机构护士需求满意度状况及其影响因素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    医学与社会
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗盛;罗莉;张锦;田娜;李伟;范依宁;王祥;胡善菊;张翠萍;董毅
  • 通讯作者:
    董毅
二十四面体Pt纳米晶电极上甲酸解离吸附反应动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱天玮;田娜;孔德文;孙世刚
  • 通讯作者:
    孙世刚
Dy_2O_3掺杂对机械球磨Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复合磁体矫顽力的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    材料研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李迎飞;田娜;范晓东;游才印
  • 通讯作者:
    游才印
基于 MaxEnt 模型对我国纹沼螺潜在分布区的预估研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国媒介生物学及控制杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙元超;刘凯;姚晓燕;寸得娇;田娜;张仪;王飞;李兰花
  • 通讯作者:
    李兰花

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

田娜的其他基金

非金属与过渡金属共掺杂的多元铂基合金催化剂的制备及其氧还原性能研究
  • 批准号:
    22172135
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高指数晶面结构铂族金属纳米晶体催化剂的制备及性能研究
  • 批准号:
    20873113
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    36.0 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