木质碳纳米纤维负载过渡金属氧化物析氧电催化剂的构筑及其性能调控机制研究

基本信息
批准号:21905307
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:许瀚
学科分类:
依托单位:中南林业科技大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
碳纳米材料低维纳米材料电催化析氧反应过渡金属氧化物
结项摘要

Transition metal oxides as catalysts for oxygen evolution reaction (OER) are considered as a potential substitute for traditional noble metal catalysts due to theirs storage-abundant, cost-effective and facile preparation. However, some adverse effects, such as nonideal inductive and stability, are still challenging for individual transition metal oxides used as electrocatalysts for OER. This project proposes to construct a high-efficiency electrocatalyst by in-situ synthesis of target oxides with activated carbon derived from wood nanofibers. The project mainly studies the use of carbon skeleton structure derived from wood nanofibers to construct a conductive network and realize the inhibition of migration and agglomeration of oxide nanoparticles during the heat treatment process, so as to achieve the balance of conductivity and stability of transition metal oxides. By means of modern characterization technology and theoretical calculation, we will reveal the synergistic effect and regulatory mechanism of woodiness carbon nanofibers load transition metal oxides nanocomposites, and realize the effective regulation of electrochemical active sites, OER catalytic activity and stability of the nanocomposite electrocatalysts, as a results, the woodiness carbon nanofibers supported transition metal oxides nanocomposite electrocatalysts with excellent catalytic activity and durability will be synthesized based on the above studies. The research of this project will not only provide new ideas for the development of low-cost and high-performance oxygen evolution electrocatalysts, but also provide theoretical basis and technical support for broadening the application field of wood fibers and improving the green and efficient utilization of wood resources.

过渡金属氧化物作为析氧催化剂因其原料来源丰富、成本低且制备简单被认为是极具潜力替代传统的贵金属催化剂。针对过渡金属氧化物弱导电性和稳定性差这一关键科学问题,本项目提出利用木质纳米纤维衍生的活性碳原位合成目标氧化物来构建高效能的析氧电催化剂,主要研究利用木质纳米纤维衍生的碳骨架结构来构建导电网络,并实现对氧化物纳米粒子在热处理过程中迁移团聚的抑制,从而实现对过渡金属氧化物导电性和稳定性的兼顾。借助现代测试表征技术和理论计算,揭示木质碳纳米纤维负载过渡金属氧化物纳米复合材料协同增效机理和性能调控机制,实现对该复合电催化剂活性位点、析氧催化活性和稳定性的高效调控,最终获得对析氧反应兼具高催化活性和高稳定性的碳负载过渡金属氧化物析氧电催化剂。本项目的研究将不仅有望为开发低成本、高性能的析氧电催化剂提供新的思路,还可以为拓宽木质纤维的应用领域,提高木质资源绿色高效利用提供理论依据和技术支撑。

项目摘要

高效水电解系统的开发对于绿氢的生产和未来清洁/可持续能源系统的建立至关重要。在电制氢系统中,电催化剂的选择是提高系统效率的关键。针对过渡金属基电催化剂弱导电性和稳定性差等问题以及林木资源高附加值利用的需求,本项目选用木材纤维和实体木材为主要研究对象,通过原位耦合、高温固相反应等方式,设计了一系列高性能木质资源衍生碳负载过渡金属氧化物及其衍生物纳米复合电催化产氢材料,通过多种非原位表征手段和电化学测试技术结合理论计算,系统探究了复合电催化剂的组成、微观结构、物化性质、表界面特性与其电催化性能的内在联系,阐明复合电催化剂的协同增效机理和性能调控机制。研究成果为研发低成本、高性能的电制氢材料提供重要的理论和实验依据,同时为扩展林木资源在电催化剂领域的应用奠定了科学的工艺技术路线。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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