直接醇燃料电池阳极非贵金属杂原子共掺杂碳化物量子点/三维石墨烯催化剂的性能与机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21802024
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.6万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0205.电化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Development of novel non-precious metal electrocatalysts for fuel cells replacing precious metal electrocatalysts is considered as the key issue of this filed. However, there are few reports on non-precious metal electrocatalysts with reasonable activity for direct alcohol fuel cells (DAFCs) in acidic medium. Metal carbides have been reported as non-precious metal electrocatalysts for methanol oxidation reaction (MOR) with slight catalytic activies based on its Pt-like electronic structure and catalytic behavior. For designing and developing novel non-precious anodic electrocatalysts for DAFCs with potential applications, metal carbides (TaC and WC) are intended to be modified according to electronic structure tuned by muti-heteroatoms doping and nano-structures designing. Thus, an ion exchange and activation methodology are proposed using for preparing multi-heteroatoms doped TaC or WC quantum dots supported on three dimentional graphene. Doping structure and particle size of metal carbides and pores structure will be controllable by optimization of the methodology. Furthermore, relationships between electrochemical pewrformance including activities, durabilities and CO tolerance for alcohol oxidation reaction (AOR) in acidic medium and the content and structure of non-precious metal electrocatalysts will be studyed. Meanwhile, density functional theory (DFT) will be used for explaining the electrocatalytic active sites and mechanism. The successful implementation of this project will provide important basics on developments of overall noble metal free fuel cells.
用非贵金属代替贵金属一直是燃料电池催化剂研究中的一个重要努力方向。然而,具有应用潜力的直接醇类燃料电池阳极非贵金属催化剂一直鲜有报道。基于类Pt电子结构和催化行为,碳化物具有微弱的醇氧化反应催化活性。本项目拟通过对碳化物(TaC和WC)微观结构的设计和电子结构的掺杂调控,提高其催化活性,实现醇燃料电池阳极非贵金属催化剂的开发。为此,本项目拟利用离子交换-交联活化法合成三维石墨烯负载的杂原子共掺杂碳化物量子点催化剂,并对其结构进行详细表征。通过对合成条件的优化,实现对碳化物掺杂结构、粒径大小及载体结构的调控。同时,对所制备的复合催化剂在酸性介质中不同醇类氧化反应的催化活性、稳定性与抗CO毒化能力等,以及催化剂的组成、结构与催化性能的关系进行研究。在此基础上,利用密度泛函理论计算,阐明其催化活性中心及催化机理。本项目的实施将对拓展醇类燃料电池阳极非贵金属催化剂具有重要的科学和实际意义。

结项摘要

本项目研究了多种杂原子掺杂过渡金属碳化物的合成,并制备了掺杂过渡金属碳化物量子点。在此基础上,对研究体系进行拓展,制备了若干高性能燃料电池和电化学水分解池非贵金属催化剂。主要成果包括:杂原子掺杂过渡金属碳化物的可控合成;掺杂过渡金属碳化物颗粒的纳米化制备;电子调谐构筑燃料电池高性能阳极催化剂及酸性水分解阳极催化剂的机理研究;缺陷,包括掺杂、空位等对非贵金属催化剂结构设计和性能促进作用的设计和研究等。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tuning the electronic structures of cobalt-molybdenum bimetallic carbides to boost the hydrogen oxidation reaction in alkaline medium
调整钴钼双金属碳化物的电子结构以促进碱性介质中的氢氧化反应
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.131206
  • 发表时间:
    2021-07-13
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Feng, Min;Huang, Jingle;Huang, Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang, Shaoming
Overall water splitting on Ni0.19WO4 nanowires as highly efficient and durable bifunctional non-precious metal electrocatalysts
Ni0.19WO4 纳米线上的整体水分解作为高效耐用的双功能非贵金属电催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.135554
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Yue Xin;Zheng Ying;Chen Yangdong;Huang Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang Shaoming
Constructing Active Sites from Atomic-Scale Geometrical Engineering in Spinel Oxide Solid Solutions for Efficient and Robust Oxygen Evolution Reaction Electrocatalysts.
从尖晶石氧化物固溶体中的原子尺度几何工程构建活性位点,实现高效、稳健的析氧反应电催化剂
  • DOI:
    10.1002/advs.202101653
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue X;Qin X;Chen Y;Peng Y;Liang C;Feng M;Qiu X;Shao M;Huang S
  • 通讯作者:
    Huang S
Hydrogen evolution reaction in full pH range on nickel doped tungsten carbide nanocubes as efficient and durable non-precious metal electrocatalysts
作为高效耐用的非贵金属电催化剂的镍掺杂碳化钨纳米立方体在全 pH 范围内的析氢反应
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2020.01.132
  • 发表时间:
    2020-03-18
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Chen, Yangdong;Zheng, Ying;Huang, Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang, Shaoming
Heteroatom Doping of Molybdenum Carbide Boosts pH-Universal Hydrogen Evolution Reaction
碳化钼的杂原子掺杂可促进 pH 值通用析氢反应
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.0c03311
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry and Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Zheng Ying;Chen Yangdong;Yue Xin;Huang Shaoming
  • 通讯作者:
    Huang Shaoming

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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

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          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]
      
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