TiO2调控非铂金属原子催化氢氧化
批准号:
21776024
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
丁炜
依托单位:
学科分类:
B0809.光化学与电化学工程
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖建华、聂瑶、李巍、蒋金霞、陶思成、汪望兰、陈秀红
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中文摘要
开发高效、稳定且资源丰富的非铂燃料电池阳极催化剂,突破阳极非铂化技术瓶颈,需精确调控催化剂氢/氢氧吸附性质、强化电化学氧化耐受性、提高酸碱耐腐蚀性。基于此,本申请首次提出“TiO2调控非铂金属原子催化氢氧化”的思路。通过Ni、Mo、W、Ru等金属盐或金属簇与TiO2共同水解反应,利用所产生的大量悬空键结合固熔体气氛还原,实现金属原子级分散强化相互作用,调控金属-TiO2催化剂价键结构和几何结构,调控催化界面的氢、氢氧吸附性质,利用电荷效应强化催化剂电氧化耐受性和耐腐蚀性。构建几何结构、价键结构与氢氧化活性的构效关系,形成可控制备理论基础,开发基于金属-TiO2的高效、低成本、资源丰富的非铂燃料电池阳极催化剂。
英文摘要
The development of a high-efficiency and low-cost non-Pt anode electrocatalyst for hydrogen oxidation reaction (HOR) is urgently needed in order to ultimately solve the Pt-reliance of fuel cell technology, which requires a fine regulation of H & OH adsorption-desorption properties on the catalytic interface, an enhancement of resistance to the catalyst electro-oxidation, and a promotion of acidic/alkaline etching tolerance. Herein, for the first time, we propose a regulation of atomic dispersed non-Pt metal clusters/atoms via the interfacial interaction of nano-TiO2 for the high efficient electrocatalysis of hydrogen oxidation reaction in fuel cell. We plan to regulate the valence bond structure and geometrical structure of metal clusters or atoms by the nano-TiO2 dangling bonds which produced during the hydrolysis of TiO2, and then to regulate the H & OH adsorption-desorption properties. The electric charge effect of TiO2 would strengthen catalyst oxidation resistance and corrosion resistance. We plan to reveal the structure-activity relationship between the geometric & valence bond structure and HOR activity, to theoretical study the mechanism of metal-TiO2 catalyst controllable synthesis, and ultimately to invent a low cost Pt-free fuel cell anode catalyst with high efficient, high stability, and abundant resources.
开发高效、稳定且资源丰富的非铂燃料电池阳极催化剂,突破阳极非铂化技术瓶颈,需精确调控催化剂氢/氢氧吸附性质、强化电化学氧化耐受性、提高酸碱耐腐蚀性。研究提出“TiO2调控非铂金属原子催化氢氧化”的思路,通过利用TiO2水解所产生的大量悬空键结合固熔体气氛还原,实现金属原子级分散强化相互作用,调控金属-TiO2催化剂价键结构和几何结构,调控催化界面的氢、氢氧吸附性质,利用电荷效应强化催化剂电氧化耐受性和耐腐蚀性。取得了如下主要成果:(1)揭示了OH在金属表面吸附强度与氢氧化活性的火山型关系;(2)通过TiO2界面调控实现Ru的d带电子结构的全填充或半填充;(3)揭示Ru-Ti 键的电子转移可大幅减少了CO的σ电子向金属d控轨道转移的概率,赋予了 Ru 簇 CO 抗毒化特性和抗氧化性;(4)开发了高活性的Ni基非铂阳极催化剂,电池功率超过200 mW cm-2。依托于国家自然科学基金项目“TiO2调控非铂金属原子催化氢氧化”项目(批准号:2177604),发表 SCI 论文共计 20 篇,其中一区论文 13 篇,包括Nature Catalysis(1 篇),Angew. Chem. Int. Ed.(1篇),ACS Energy Lett.(1 篇),中文核心期刊2 篇。
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
Transformation of Metal-Organic Frameworks into Huge-Diameter Carbon Nanotubes with High Performance in Proton Exchange Membrane Fuel Cells
质子交换膜燃料电池中金属有机框架转化为高性能大直径碳纳米管
DOI:10.1021/acsami.9b03324
发表时间:2019
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Li Wei;Ding Wei;Nie Yao;He Qian;Jiang Jinxia;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
Electron penetration from metal core to metal species attached skin in nitrogen-doped core-shell catalyst for enhancing oxygen evolution reaction
氮掺杂核壳催化剂中从金属核到金属物质附着表层的电子渗透增强析氧反应
DOI:10.1016/j.electacta.2019.134939
发表时间:2019-12-10
期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:6.6
作者:Najam, Tayyaba;Shah, Syed Shoaib Ahmad;Wei, Zidong
通讯作者:Wei, Zidong
Understanding the Roles of Nitrogen Configurations in Hydrogen Evolution: Trace Atomic Cobalt Boosts the Activity of Planar Nitrogen-Doped Graphene
了解氮构型在析氢中的作用:微量原子钴增强平面氮掺杂石墨烯的活性
DOI:10.1021/acsenergylett.8b00522
发表时间:2018
期刊:ACS Energy Letters
影响因子:22
作者:Wang Huaixin;Yang Na;Li Wei;Ding Wei;Chen Ke;Li Jing;Li Li;Wang Jianchuan;Jiang Jinxia;Jia Fengqiu;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
Fast Charge Transfer Confers New Skills on 3D Graphene Sponges: Human Body Induction and Infrared Radiation Induction
快速电荷转移赋予3D石墨烯海绵新技能:人体感应和红外辐射感应
DOI:10.1002/cnma.201800565
发表时间:2019
期刊:ChemNanoMat
影响因子:3.8
作者:Jia Fengqiu;Chen Xiuhong;Ding Wei;Wang Jian;Zhang Ling;He Qian;Jiang Jinxia;Chen Ke;Li Jing;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
A neural-network-like catalyst structure for the oxygen reduction reaction: carbon nanotube bridged hollow PtCo alloy nanoparticles in a MOF-like matrix for energy technologies
用于氧还原反应的类神经网络催化剂结构:用于能源技术的类 MOF 基质中的碳纳米管桥接空心 PtCo 合金纳米颗粒
DOI:10.1039/c9ta06712d
发表时间:2019
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Wang Jian;Wu Guangping;Wang Wanglan;Xuan Wenhui;Jiang Jingxia;Wang Jianchuan;Li Li;Lin Wen Feng;Ding Wei;Wei Zidong
通讯作者:Wei Zidong
单原子层金属晶面弯曲调控催化特性
- 批准号:22179012
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61万元
- 批准年份:2021
- 负责人:丁炜
- 依托单位:
层状化合物层间合成单原子层厚度贵金属片层薄膜催化剂
- 批准号:21573029
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:丁炜
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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