碳/金属纳米阵列的结构调控及其电解水性能研究

批准号:
51902208
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
胡琪
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:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
面对电解水中氢析出、氧析出效率低下的问题,开发高活性的非贵金属催化剂是十分有必要的。如何提高金属材料的导电性、稳定性以及分散性并构建高活性的催化界面是提高金属材料电催化活性的关键。本项目拟从层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米片阵列出发,利用LDHs在微观结构上的整体均匀性,将具有电催化活性的过渡金属组分引入LDHs层板;将LDHs纳米片阵列与含氮聚合物进行可控组装获得复合前驱体,经高温热解、结构转变获得碳/金属纳米片阵列,并进一步利用等离子体刻蚀技术在纳米片阵列的表面构建介孔结构,获得三维多孔碳/金属纳米片阵列并用于电催化反应。研究阵列材料的组成、微结构与电催化性能之间的关系,探讨如何提高活性位点的数量和本征活性;构筑碱性电解池,研究电催化剂在真实环境的电催化性能,为水电解所需双功能电催化剂的制备提供一定的方法指导。
英文摘要
Because of the low efficiency of hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in overall water splitting, development of non-noble meal-based electrocatalysts with high activity is very necessary. How to enhance the electroconductibility, stability, and dispersity of metal materials, and build highly active interfaces is the key to improve the electrocatalytic activity. In this project, a facile yet effective strategy to craft porous carbon/metal nanosheet arrays will be established via a thermal decomposition of layered double hydroxides (LDHs) nanosheet arrays (denoted LDHs-NSA) and polymer hybrid precursors (LDHs-NSA/polymer), which are synthesized via a controllable way. And then, by means of high-temperature calcination, the as-synthesized precursors can be transformed structurally to various carbon/metal nanosheet arrays. Finally, the porous carbon/metal nanosheet arrays will be formed by plasma etching of carbon/metal nanosheet arrays. The electrocatalytic performance of as-synthesized carbon/metal nanosheet array will be investigated in HER and OER. Meanwhile, the relationship between the compositions and microstructure of as-synthesized arrays, and their electrocatalytic performance will be investigated. Moreover, the as-synthesized arrays will be further applied in overall water splitting. Therefore, this project will provide a way to preparation of bifunctional non-noble metal electrocatalysts for efficient overall water splitting.
面对电解水中氢析出、氧析出效率低下的问题,开发高活性、低成本的电催化材料是十分有必要的。本项目从高性能碳/金属界面的构建出发,利用多孔碳基底物理以及化学限域作用,合成了从单原子、亚纳米团簇到纳米颗粒以及多孔金属纳米片的一系列电催化材料;系统地研究了载体的限域效应以及金属-载体强相互作用对于催化材料微观形貌以及电子结构的影响;将这些材料应用于电解水的半反应或者全反应,探索纳米粒子尺寸、组成对于电催化性能的影响;结合理论计算与原位表征手段阐释催化机制,并以此为指导进一步提升材料的电解水性能。本项目所取得的研究成果,为高性能的碳/金属界面的理性设计与性能优化提供了诸多的新思路和新方法。通过本项目的实施,已发表SCI论文13篇,其中一区论文12篇,包括1篇Nature Communications,1篇Angewandte Chemie International Edition和2篇Energy Environmental Science。
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
Boosting electrochemical nitrate-ammonia conversion via organic ligands-tuned proton transfer
通过有机配体调节质子转移促进电化学硝酸盐-氨转化
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107705
发表时间:2022
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:Jiaying Yu;Yongjie Qin;Xiaodeng Wang;Hongju Zheng;Keru Gao;Hengpan Yang;Laiyong Xie;Qi Hu;Chuanxin He
通讯作者:Chuanxin He
Subnanometric Ru clusters with upshifted D band center improve performance for alkaline hydrogen evolution reaction.
D 带中心上移的亚纳米 Ru 簇提高了碱性析氢反应的性能
DOI:10.1038/s41467-022-31660-2
发表时间:2022-07-08
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:
通讯作者:
Reaction intermediate-mediated electrocatalyst synthesis favors specified facet and defect exposure for efficient nitrate-ammonia conversion
反应中间体介导的电催化剂合成有利于特定的面和缺陷暴露,以实现有效的硝酸盐-氨转化
DOI:10.1039/d1ee01731d
发表时间:2021-07-16
期刊:ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
影响因子:32.5
作者:Hu, Qi;Qin, Yongjie;He, Chuanxin
通讯作者:He, Chuanxin
DOI:10.1002/aenm.202201047
发表时间:2022
期刊:Advanced Energy Materials
影响因子:27.8
作者:Chen Deng;Cui Ying Toe;Xuan Li;Jingjin Tan;Hengpan Yang;Qi Hu;Chuanxin He
通讯作者:Chuanxin He
Slower Removing Ligands of Metal Organic Frameworks Enables Higher Electrocatalytic Performance of Derived Nanomaterials
较慢地去除金属有机框架配体可提高衍生纳米材料的电催化性能
DOI:10.1002/smll.202002210
发表时间:2020
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Hu Qi;Huang Xiaowan;Wang Ziyu;Li Guomin;Han Zhen;Yang Hengpan;Liao Peng;Ren XiangZhong;Zhang Qianling;Liu Jianhong;He Chuanxin
通讯作者:He Chuanxin
电催化能源小分子转化
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:100.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:胡琪
- 依托单位:
亚纳米金属团簇的可控制备及其电催化硝酸根还原性能研究
- 批准号:22379100
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:胡琪
- 依托单位:
国内基金
海外基金
