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喷雾沉积法制备超低过电位多元金属化合物析氧催化剂协同效应研究

批准号:
51804106
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
蔡勇
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭鸣、黄曌、丁双双、陈昌淼、吴轻舟、陈石波、王进财、李鹏超、吕燚

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
氧析出反应是电解水制氢的关键步骤,由于其为多电子、多步反应,需要催化剂以加快反应速率。铱、钌及其化合物型氧析出催化剂资源稀少、价格昂贵;传统钙钛矿和尖晶石型氧化物催化剂存在析氧过电位大、影响析氧过电位的机理不明确等问题。初步研究表明铁-钴二元金属氧化物具有较好的析氧催化性能。本项目拟采用静电喷雾法在泡沫镍表面沉积多孔的、三组分均匀分散的铁-钴-钼氧化物而制得具有超低过电位的析氧催化剂,探索各组分的比例和分散形式、多元氧化物微观结构等因素对析氧性能的影响,从材料结构与性能关系、表面吸附能、半导体能带调控等多学科交叉的角度来构建模型,研究三种金属氧化物对析氧过电位等参数的协同影响机制,建立静电喷雾合成和调控多元金属氧化物的方法,构建多元金属氧化物析氧催化剂设计原理。本项目的研究对均匀分散的多元金属化合物可控制备、高性能析氧催化剂的设计、多相界面催化反应机理研究具有重要的理论意义和实用价值。
英文摘要
The oxygen evolution reaction (OER) is the key step of electrolysis hydrogen production. Because of its multi-electron and multi-step reaction, the catalyst is needed to accelerate the reaction rate. Iridium (Ir), ruthenium (Ru) and their compound OER catalysts are scarce and expensive. Traditional perovskite and spinel oxide catalysts have the problems of large OER overpotential, as well as the unclear mechanism of the high overpotential. Our preliminary study showed that the iron-cobalt binary metal oxide has a better catalytic performance. In this project, electrostatic spraying method will be employed to produce porous, three-component, uniformly dispersed iron-cobalt- molybdenum oxide on the surface of Ni foam for OER with ultra-low overpotential. The factors which influence the OER performance, such as proportion and dispersion form of each component and microstructure of multiple oxides, will be investigated in detail. From the angle of relationship between structure and performance of materials, surface adsorption, semiconductor band regulation and the other more interdisciplinary perspective to construct the model, the synergistic effect of three kinds of metal oxides for the OER overpotential will be studied. A method for the synthesis and regulation of polymetallic oxides by electrostatic spraying will be established. The design principle of polymetallic oxides OER catalyst will be established. The research of this project has important theoretical significance and practical value for the controlled preparation of homogeneous dispersed polymetallic compounds, the design of the high-performance catalyst for OER catalyst, and the mechanism research of polyphase interfacial catalytic reaction.
能源短缺和环境污染是困扰人类社会发展的两大难题。寻找可再生能源和开发高效的能源存储和转换技术是应对能源问题的有效途径,而电催化反应是能量存储和转化的关键步骤。本项目通过喷雾沉积法制备了多元金属氧化物复合氧还原/析出催化剂,研究了多元金属氧化物组分构成、微观结构和协同效应,阐述了催化剂原子尺度结构与其性能的关系;制备了Pt-WO3修饰的泡沫镍催化剂,构建了基于ZIF-8模板和氮源的多孔Co-N-C催化剂;提出了表面修饰的铂纳米颗粒提高表面电导率和催化位点密度的机理,揭示了Zn及其MOF结构对催化剂性能影响机理。本项目探索了影响催化剂性能的因素,为高性能催化剂的设计和制备提供理论指导。此外,本项目探索了能源复合材料的界面特性,提出了复合电极结构调控及材料合成新方法,实现了高容量、长寿命的钠/钾离子存储。基于本项目研究工作共发表SCI论文7篇,培养研究生7人,完成了项目预定任务。
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
Designing g-C3N4/N-Rich Carbon Fiber Composites for High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors
设计用于高性能钾离子混合电容器的 g-C3N4/富氮碳纤维复合材料
DOI: 10.1002/eem2.12148
发表时间: 2021
期刊: ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS
影响因子: 15
作者: [Shen Qing, Jiang Pengjie, He Hongcheng, Feng Yanhong, Cai Yong, Lei Danni, Cai Mengqiu, Zhang Ming]
通讯作者: Zhang Ming
Encapsulated SnSe in carbon nanofibers as anode of sodium ion batteries with improved properties
碳纳米纤维封装 SnSe 作为钠离子电池阳极,性能得到改善
DOI: 10.1007/s11581-019-03382-x
发表时间: 2020-05
期刊: Ionics
影响因子: 2.8
作者: [Zhou Xiaoqian, Ding Shuangshuang, He Hongcheng, Huang Zhao, Cai Mengqiu, Cai Yong, Zhang Ming]
通讯作者: Zhang Ming
Cu2Se-ZnSe heterojunction encapsulated in carbon fibers for high-capacity anodes of sodium-ion batteries
碳纤维封装的 Cu2Se-ZnSe 异质结用于钠离子电池高容量阳极
DOI: 10.1007/s11581-020-03686-3
发表时间: 2020-07
期刊: Ionics
影响因子: 2.8
作者: [Gao Qi, Li Pengchao, Ding Shuangshuang, He Hongcheng, Cai Mengqiu, Ning Xutao, Cai Yong, Zhang Ming]
通讯作者: Zhang Ming
Controllable deposition of FeV_2S_4 in carbon fibers for sodium-ion storage with high capacity and long lifetime
FeV_2S_4在碳纤维中的可控沉积用于高容量和长寿命的钠离子存储
DOI: 10.1007/s40843-020-1542-8
发表时间: 2021
期刊: Science China. Materials
影响因子: --
作者: [Li Pengchao, Chen Changmiao, Ding Shuangshuang, Huang Zhao, He Hongcheng, Cai Mengqiu, Cai Yong, Zhang Ming]
通讯作者: Zhang Ming
8
    复杂接触碰撞问题的 CPU/GPU 异构高性能计算方法
    • 批准号:
      2021JJ40030
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      蔡勇
    • 依托单位:
    超低过电位多元金属化合物析氧催化剂协同效应研究
    • 批准号:
      2019JJ50061
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      蔡勇
    • 依托单位:
    现代运载工具碰撞仿真的CPU/GPU异构并行计算方法研究
    • 批准号:
      11702090
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      蔡勇
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金