氮掺杂分级多孔碳支撑过渡金属磷化物/硫复合锂-硫电池正极材料电化学性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51702177
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    马景云
  • 依托单位：
    齐鲁工业大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The inferior cycling stability of sulfur electrodes for electrochemical energy storage results from its own poor electronic conductivity, volumetric expansion upon lithiation and high solubility of lithium polysulfides. This project proposes a novel conductive support system, the N-doping hierarchical porous carbon modified by electrochemical-deposited transition metal phosphide nanoparticles, for sulfur loading and immobilizing, to prepare high-performance cathode electrode materials for lithium-sulfur battery with long life time. To realize the design, the following critical scientific problems should be revealed: electrochemical energy conversion of sulfur nanoparticles in lithiation process, energy transfer interactions between transition metal phosphide and sulfur nanoparticles, the space-confining effect of hole structure, charge transport mechanism between N-doing carbon materials and phosphide nanoparticles, etc. Based on the investigation of electrochemical information, especially, the charge/discharge and cycling performance, it is expected to uncover the influence of component and structure on electrochemical performance, break through the preparation and controllable assembly of composite nano electrode materials, and develop self-supporting cathode electrode materials with high rate performance and excellent cycling stability. The successful implementation of this project will provide new idea for the design and preparation of lithium-sulfur battery materials, showing significant values from theoretical view and in practical application.
单质硫的低导电性、锂化过程中的体积膨胀与多硫化锂产物的可溶性是导致其电化学储能循环性能不稳定的重要原因。本项目提出在分级结构多孔氮掺杂碳孔道表面电化学组装过渡金属磷化物纳米结构作为复合导电固硫支撑体系，组装硫纳米颗粒，实现高效长寿命锂-硫电池正极材料。通过对锂化过程中硫纳米颗粒电化学能量转换、硫纳米颗粒与磷化物纳米结构之间的能量传递和孔道空间限域、氮掺杂碳与磷化物纳米结构之间的电荷传输机制等关键科学问题的研究，实现氮掺杂分级多孔碳/过渡金属磷化物/硫纳米复合结构的设计。通过对其电化学特性特别是充放电性能和循环性能的研究，掌握氮掺杂分级多孔碳/过渡金属磷化物/硫纳米复合材料的组成-结构对电极电化学性能影响规律，突破复合纳米电极材料的制备和可控组装，研制高充放电性能、高循环性能的具有自支撑特性的锂-硫电池正极材料。本研究为锂-硫电池电极材料的设计和制备提供了新思路，具有重要理论意义和应用价值。

结项摘要

项目针对碱金属-硫电池和碱金属离子电池的电极材料面对的能量密度和循环寿命问题，设计三维多孔分级结构，通过构筑分级结构多孔氮掺杂碳孔道负载过渡金属、过渡金属磷化物纳米结构作为复合导电固硫支撑体系。并进一步采用微纳结构调配，功能互补的策略，提升金属锂、钠离子扩散和电子传导速率，显著提升了活性材料内部活性位置的利用率。利用单组份材料表面的电荷属性，组装发展三维多孔、核壳结构，为离子和电子的快速传输和扩散提供了有效的通道，有利于提高电极材料的反应动力学。独特的三维分级结构不仅可以减缓活性组分电极在充放电过程中的体积膨胀，并通过其化学键和复合材料间的纳米协同作用，提升电子传导效率，提高锂硫、钾硫、钠离子和锂离子电池的能量密度和循环寿命。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Engineering of Z-scheme 2D/3D architectures with Bi2MoO6 on TiO2 nanosphere for enhanced photocatalytic 4-nitrophenol degradation
TiO2 纳米球上 Bi2MoO6 的 Z 型 2D/3D 结构工程，用于增强光催化 4-硝基苯酚降解
  • DOI：
    10.1016/j.jtice.2019.09.024
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Qian Yang;Enyan Guo;Hao Liu;Qifang Lu
  • 通讯作者：
    Qifang Lu
N-doped hard soft double-carbon-coated Na3V2(PO4)(3) hybrid-porous microspheres with pseudocapacitive behaviour for ultrahigh power sodium-ion batteries
用于超高功率钠离子电池的氮掺杂硬软双碳包覆Na3V2(PO4)(3)杂化多孔微球具有赝电容行为
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2020.135680
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Sun Ke;Hu Yuebo;Zhang Xudong;Hui Kwan San;Zhang Keliang;Xu Guogang;Ma Jingyun;He Wen
  • 通讯作者：
    He Wen
NaTi2(PO4)(3)/N-Doped Hard Carbon Nanocomposites with Sandwich Structure for High-Performance Na-Ion Full Batteries
三明治结构NaTi2(PO4)(3)/N掺杂硬碳纳米复合材料用于高性能钠离子全电池
  • DOI：
    10.1002/celc.202000116
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    ChemElectroChem
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Sun Rong;Xudong Zhang;Hui Kwan San;Zhang Keliang;Xu Guogang;Li Changgang;Ma Jingyun;He Wen
  • 通讯作者：
    He Wen
Facile and Scalable Synthesis of Si@void@C Embedded in Interconnected Three-Dimensional Porous Carbon Architecture for High Performance Lithium Ion Batteries
嵌入互连三维多孔碳结构的 Si@void@C 的简便且可扩展的合成，用于高性能锂离子电池
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Particle and Particle Systems Characterization
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Jingyun Ma;Hua Tan;Hong Liu;Yimin Chao
  • 通讯作者：
    Yimin Chao
Tailored Synthesis of Pt-Nanoparticle-Modified Mesoporous TiO2 Popcorn-Like Nanostructures for Photocatalytic Applications
用于光催化应用的 Pt 纳米颗粒改性介孔 TiO2 爆米花状纳米结构的定制合成
  • DOI：
    10.1002/slct.201902152
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    ChemistrySelect
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Yang Qian;Guo Enyan;Sun Ke;Zhang Xuetao;Liu Hao;Lu Qifang
  • 通讯作者：
    Lu Qifang

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其他文献

Active biocatalysts based on Candida rugosa lipase immobilized in vesicular silica
基于固定在囊泡二氧化硅中的念珠菌脂肪酶的活性生物催化剂
  • DOI：
    10.1016/j.procbio.2012.03.004
  • 发表时间：
    2012-06
  • 期刊：
    Process Biochemistry
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    武翠翠;周国伟;蒋晓杰;马景云;张华勇;宋宏斌
  • 通讯作者：
    宋宏斌

其他文献

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多元过渡金属硫化合物/Ti3C2Tx MXene异质微结构的调控与储钠机制研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
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  • 项目类别：
    面上项目
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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

        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]
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