大气压冷等离子体制备石墨烯基贵金属电催化剂及其机理研究
批准号:
52077024
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
底兰波
依托单位:
学科分类:
高电压与放电
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
底兰波
中文摘要
针对高效燃料电池研发需求,在冷等离子体调控制备金属催化剂基础上,本项目拟开展大气压冷等离子体制备石墨烯基贵金属电催化剂及其机理研究工作。首先,采用大气压冷等离子体处理石墨烯基材料,重点研究等离子体对石墨烯剥离、氮掺杂、刻蚀、缺陷和含氧官能团的影响,通过系统实验研究,建立等离子体对石墨烯的活性面积、边缘缺陷、空位及平面内掺杂和功能化的调控规律。通过发射光谱原位诊断,傅里叶变换红外光谱和质谱等在线分析,以及其他离线表征技术,揭示大气压冷等离子体处理石墨烯机理。其次,以等离子体处理石墨烯为载体,采用大气压冷等离子体制备石墨烯基贵金属电催化剂,结合密度泛函理论计算,建立结构调控规律并探明构效关系。最后,基于以上研究,开展大气压冷等离子体一步制备高性能石墨烯基贵金属电催化剂研究。该项目顺利开展将制备出高性能石墨烯基贵金属电催化剂,并为基于等离子体处理的二维材料及应用提供实验基础和理论依据。
英文摘要
To meet the research and development requirements of high-efficiency fuel cells, this project intends to carry out the research on preparation of graphene-based noble metal electrocatalysts by atmospheric-pressure (AP) cold plasma and its mechanism, based on our previous research on controllable synthesis of metal catalysts by cold plasma. First of all, AP cold plasma will be adopted to process the graphene-based materials. The emphasis will be focused on the plasma effects on exfoliation, nitrogen doping, etching, defects and oxygen-containing functional groups of graphene. Through systematic experimental study, the regulation rules of active area, edge defect, vacancy, in-plane doping and functionalization of graphene by AP cold plasma will be established. Through in situ optical emission spectroscopy (OES), online analysis techniques such as Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and mass spectrometry (MS), and other offline characterization techniques, the AP cold plasma treatment mechanism of graphene will be disclosed. Secondly, AP cold plasma will be used to prepare graphene-based supported noble metal catalysts using the plasma-treated graphene as support. Combined with the density functional theory (DFT), the structure regulation rule will be established, and the structure-property relationship will be disclosed. Finally, based on the above research, one-step preparation of high-performance graphene-based noble metal electrocatalysts by AP cold plasma will be conducted. The successful implementation of this project will prepare high-performance graphene-based noble metal electrocatalysts and provide experimental and theoretical support for the preparation and application of two-dimensional materials based on plasma treatment.
开发了干法冷等离子体调控制备碳载贵金属催化剂及其应用研究工作。首先,采用干法等离子体实现MWCNTs快速、高效、特异的氮掺杂,制备了超小尺寸的Pt纳米粒子,增强了Pt和氮的配位效应,从而显著增强了其碱性HER性能。采用干法冷等离子体,制备了富缺陷柔性碳布负载的高分散、低载量PtRu合金电解水制氢催化剂,构建的Pt-Ru桥位点优化了质子吸附和H2O的解离能力,从而促使PtRu/CC-P表现出高效的全pH范围HER性能。其次,采用干法冷等离子体调控制备碳载贵金属催化剂,用于甲酸分解制氢、对硝基苯酚还原和其他应用。通过对载体氮掺杂种类和数量、活性组分在孔道和载体表面的分散、粒径、贵金属合金的调控,显著增强了催化剂活性和稳定性。.开发了干法冷等离子体调控制备非贵金属电催化剂研究。首先,制备了具有优异MOR性能的富氧空位Co3O4-x/NF-P催化剂,发现氧空位诱导的Co3O4-x在碱性条件下自发不可逆相重构,导致d带中心上移,增强了Co3O4-x与甲醇的键合强度,从而降低了MOR过程甲氧基的脱氢能垒并抑制了甲酸盐过度氧化,实现了高效甲醇选择性升级氧化为甲酸,并辅助电解水节能制氢。其次,采用干法冷等离子体快速制备了双功能Co2P-Ni2P/CC催化剂,发现Co2P-Ni2P界面内建电场促进了阳极结构深度重构,降低了乙二醇羟基的脱氢能垒,实现了高效废塑料电回收和节能制氢。.开发了易于规模化放大、无电极污染的表面介质阻挡放电冷等离子体处理制备粉末金属催化剂新技术,实现了金属前驱体还原,保留载体表面丰富的官能团并产生缺陷,极大地提高了催化剂的活性和稳定性。在对制备机理进行初步认识基础上,进一步调控制备获得了不同晶相的羟基氧化钴和具有良好稳定性的金属胶体。.最后,基于上述认识,系统综述了冷等离子体处理催化剂研究现状,重点阐述了等离子体处理过程中的物理和化学过程、处理机理以及未来挑战。
介质阻挡放电等离子体辅助溶液中制备碳载金属催化剂及其产氢性能研究
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批准号:12575264
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项目类别:面上项目
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资助金额:52.00万元
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批准年份:2025
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负责人:底兰波
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依托单位:
大气压冷等离子体-乙醇协同制备钯基甲酸脱氢催化剂及其机理研究
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批准号:21773020
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2017
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负责人:底兰波
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依托单位:
大气压DBD冷等离子体制备金基双金属催化剂及其机理研究
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批准号:11505019
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2015
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负责人:底兰波
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依托单位:
国内基金
海外基金