基于金属有机框架化合物设计制备高活性碳基纳米电催化剂
结题报告
批准号:
51772283
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈乾旺
依托单位:
学科分类:
E0203.碳素材料与超硬材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
苏建伟、赵高正、汪冬冬、杨阳、江鹏、夏国良、王长来、李梦思、杨康
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中文摘要
电化学催化剂可以降低反应的能垒,提高效率。寻找高效、稳定且易得的纳米催化剂成为近年来的热点和难点。本课题拟以金属有机框架化合物(MOFs)为前驱体来设计合成新型、高活性的碳基纳米电化学催化剂。拟通过控制MOFs前驱物的形貌和后续退火条件,来控制纳米催化剂的形貌(如空心、核壳、异质结等);通过改变MOFs中金属离子(如过渡金属Co等)和有机配体的组成(含N、S、P等元素的有机配体)以及退火工艺来制备不同的碳基复合纳米催化剂(如类石墨烯与金属合金、硫化物、氮化物、磷化物、钙钛矿材料的复合,单原子掺杂碳材料等)。碳的复合能提高催化剂的导电性,活性位点配位环境的改变能调控其氢原子吸附自由能ΔGH*,藉此发现具有高本征催化活性的纳米电催化剂。通过X-射线吸收精细结构等表征和理论计算来揭示催化剂的高活性来源及催化反应机理,以指导催化剂的设计与合成。该项目的实施对制备新型、高效的电化学催化剂有重要意义。
英文摘要
This proposal is aimed at designning and preparing highly active and inexpensive carbon-based electrocatalysts for both OER and HER by annealing of metal−organic frameworks (MOFs). A facile and universal strategy for synthesizing nonprecious transition metals, binary alloys, and ternary alloys encapsulated in graphene layers via direct annealing of MOFs will be investigated. The presence of carbon such as graphene would lead to the improvement of conductivity of electrocatalysts,while the electronic structure viriation due to the changing of coodination enviroment of activie sites may help to increase its activity by decreasing its free energy ΔGH*. Detail characterizations based on X-ray adsorption near edge structure (XANES) and Density functional theory calculations will be used to reveal the electronic structures of catalysts and catalytic mechanism. The project would help to find novel highly active catalysts and understand the electrocatalytic mechanism.
课题基于 MOFs设计制备了一系列高效电催化剂,研究了催化的“构效关系”,取得了一批创新成果。如在石墨烯六元环里通过双石墨型N掺杂制备了高活性析氢催化剂。在N掺杂石墨烯基底上制备了五元环拓扑缺陷结构催化剂,理论和实验相结合研究了它们的电催化应用和催化机制。以含有金属Mn的MOFs作为前驱物,将O和N原子配位的Mn活性位点原子级地分散在三维石墨烯骨架中,利用石墨烯的良好导电性成功地将Mn调控成高活性的ORR催化活性位点,实现了高活性的催化。获授权国家发明专利2项;发表了16篇高水平研究论文, 完成了预期任务。
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
Oxygen/Fluorine Dual-Doped Porous Carbon Nanopolyhedra Enabled Ultrafast and Highly Stable Potassium Storage
氧/氟双掺杂多孔碳纳米多面体实现超快且高度稳定的钾存储
DOI:10.1002/adfm.201906126
发表时间:2019-09-26
期刊:ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子:19
作者:Lu, Jian;Wang, Changlai;Chen, Qianwang
通讯作者:Chen, Qianwang
Constructing Graphitic-Nitrogen-Bonded Pentagons in Interlayer-Expanded Graphene Matrix toward Carbon-Based Electrocatalysts for Acidic Oxygen Reduction Reaction
在层间膨胀石墨烯基体中构建石墨-氮键合五边形用于酸性氧还原反应的碳基电催化剂
DOI:10.1002/adma.202103133
发表时间:2021
期刊:Adv. Mater.
影响因子:--
作者:Shuai Liu;Yongchao Zhang;Binghui Ge;Fangcai Zheng;Nan Zhang;Ming Zuo;Yang Yang;Qianwang Chen
通讯作者:Qianwang Chen
DOI:10.1016/j.jcat.2020.05.034
发表时间:2020
期刊:Journal of Catalysis
影响因子:7.3
作者:Wang Changlai;Wang Dongdong;Liu Shuai;Jiang Peng;Lin Zhiyu;Xu Pengping;Yang Kang;Lu Jian;Tong Huigang;Hu Lin;Zhang Wenjun;Chen Qianwang
通讯作者:Chen Qianwang
Tuning the p-Orbital Electron Structure of s-Block Metal Ca Enables a High-Performance Electrocatalyst for Oxygen Reduction
调节 s 区金属 Ca 的 p 轨道电子结构可实现高性能氧还原电催化剂
DOI:10.1002/adma.202107103
发表时间:2021-10-11
期刊:ADVANCED MATERIALS
影响因子:29.4
作者:Lin, Zhiyu;Huang, Hao;Chen, Qianwang
通讯作者:Chen, Qianwang
Atomically Dispersed Mn within Carbon Frameworks as High-Performance Oxygen Reduction Electrocatalysts for Zinc-Air Battery
碳骨架中原子分散的锰作为锌空气电池的高性能氧还原电催化剂
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b05713
发表时间:2020-01-13
期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:8.4
作者:Lin, Zhiyu;Huang, Hao;Chen, Qianwang
通讯作者:Chen, Qianwang
石墨烯电子结构调控与催化碱性氢氧化反应研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
含主族s区金属辅酶因子碳材料的制备、电子结构调控与电催化氧还原反应研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
基于M3[Co(CN)6]2@SiO2核-壳纳米粒子的MRI与荧光成像、药物装载和靶向治疗研究
  • 批准号:
    21571168
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
强磁场下的化学合成装置与材料制备的基本问题研究
  • 批准号:
    U1232211
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    240.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
磁响应固体光子晶体制备与防伪等应用研究
  • 批准号:
    21271163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
四氧化三铁/碳双壳层空心球的制备和多功能药物载体应用研究
  • 批准号:
    21071137
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
镍等磁性纳米粒子一维"豆荚"型结构的制备和磁化特征
  • 批准号:
    10774138
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
磁性金属等纳米粒子二维阵列的纳米微球掩膜刻蚀法制备及其表征
  • 批准号:
    90206034
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
β-FeSi2量子线的光电特性及其制备
  • 批准号:
    19704011
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    12.0万元
  • 批准年份:
    1997
  • 负责人:
    陈乾旺
  • 依托单位:
国内基金
海外基金