过渡金属氮化物纳米线/石墨烯杂化结构微电极及其电催化特性

基本信息
批准号:51372063
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:张勇
学科分类:
依托单位:合肥工业大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄新民,梁凤霞,周琪,崔丽华,洪勇,单政,叶树婷
关键词:
石墨烯杂化结构过渡金属氮化物纳米线燃料电池
结项摘要

Transition metal nitrides have attracted great attention in developing non-precious metal fuel cells due to their distinct electrocatalysis characteristics which are similar to those of precious metals. Performance of nanoscale catalyst is expected to be drastically enhanced by combining with graphene due to coupling effect. In this project, our goal is to realize the controlled growth of transition metal nitride nanowires/graphene nanoplatelets hybrid arrays based on chemical vapour deposition ,solution and electrodeposition, unveiling the correlation between experimental parameters, growth mechanism and structure of the hybrid. The effect of the hybrid structure and nanowires/graphene coupling effect on the electrocatalysis and reaction kinetics of the electrode will be investigated. Single proton exchange membrane fuel cell system will be assembled making use of the hybrid of transition metal nitride nanowires/graphene nanoplatelets as the electrode materials. Some key performance parameters of the cell will be evaluated including voltage-current density (V-i), power-current density(P-i) and cell life, and the effect of operation conditions on the dynamic responses of the cell will also be investigated as well. The performance parameters of the cell will be evaluated based on the theoretical model of commercial cell to explore the potential of the hybrid in practical applications. The work in this project will not only explore fundamental understandings on the nanostructured transition nitride/graphene hybrid in terms of electrocatalysis, but also promote the development of putting the hybrid into practical applications to replace precious metal catalysts of proton exchange membrane fuel cells.

过渡金属氮化物的电催化特性类似于贵金属,对非贵金属燃料电池的发展起着至关重要的作用;由于耦合作用,石墨烯有望对纳米结构催化剂的性能有显著增强。本项目以过渡金属氮化物与石墨烯为研究对象,把气相沉积、溶液法与电沉积相结合,实现氮化物纳米线/石墨烯微片杂化结构的三维微阵列的可控生长,探索合成条件、生长机理与杂化结构的关系;揭示不同生长条件下,纳米线与石墨烯的结构与耦合对杂化物电催化特性和动力学的影响及其内在关联。制作以氮化物纳米线/石墨烯微片为电极材料的质子交换膜燃料电池单电池装置,测试包括电压-电流密度,功率-电流密度,电池寿命以及操作条件对电池动态响应的影响,并对比于真实电池理论模型,揭示金属氮化物纳米线/石墨烯杂化结构作为电池电极材料的实际应用价值。本项目期望为金属氮化物纳米线/石墨烯杂化结构在新型非贵金属燃料电池中的应用奠定理论和实验基础。

项目摘要

燃料电池是一种将化学能转化为电能的清洁能源转换装置,具有能量密度高、转换效率高、环境友好等优点。但是电极材料需要使用贵金属作为催化剂,存在着成本过高的技术瓶颈。由于过渡金属氮化物在电子结构和催化特性上和贵金属Pt相类似,因此本项目的研究将磁控溅射、化学气相沉积和水热合成相结合获得了三维过渡金属氮化物纳米线/纳米带阵列(包括W2N纳米线、TiN纳米线、Mo2N纳多孔纳米带等);另一方面采用真空湿球墨法和溶液法获得了尺度可控、低含氧量和表面功能化的石墨烯纳米片。在此基础上将纳米尺度金属氮化物与石墨烯纳米片进行杂化生长获得了三维金属氮化物/石墨烯纳米杂化结构电极材料。研究结果表明这种杂化纳米结构可以有效提高电极材料的表面催化活性,其中三维氮掺杂石墨烯/氮碳化钨纳米线阵列结构在不担载贵金属的情况下可以对甲醇的氧化具有良好的电催化活性,电催化电流密度是具有类铂催化特性的碳化钨的2.15倍;而W2N纳米线/石墨烯杂化结构相对于氮化之前具有更好的氧还原特性,氧化电位由0.60V正移到0.71V,电催化电流是氮化前的1.4倍;TiN纳米线在沉积了Pt纳米线后对甲醇氧化催化的电流密度达到83.57A/g,明显高于商用Pt/C催化剂的电流密度23.07A/g。这些研究结果显示纳米尺度过渡金属氮化物纳米线/石墨烯杂化结构对于甲醇氧化和氧还原具有优良的催化活性。动力学分析结果表明,所获得的纳米尺度过渡金属氮化物/石墨烯杂化结构能够将纳米尺度金属氮化物的电催化特性与石墨烯高电导、高比表面积特点相结合,有利于燃料分子的快速扩散与表面催化分解,从而提高电极材料的表面催化活性和能量转换效率,在非贵金属和低贵金属燃料电池电极材料的领域具有令人期待的发展前景。另一方面本项目从表面功能化的角度对石墨烯进行了选择性表面修饰与复合,并探究了其表面对电荷存储和快速转移的特性。从而为发展能量转换/存储一体化的新型纳米结构与器件提供了一种新的思路。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于国产化替代环境下高校计算机教学的研究

基于国产化替代环境下高校计算机教学的研究

DOI:
发表时间:
2

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

DOI:10.7524 /j.issn.0254-6108.2017122903
发表时间:2018
3

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
4

基于被动变阻尼装置高层结构风振控制效果对比分析

基于被动变阻尼装置高层结构风振控制效果对比分析

DOI:10.13197/j.eeev.2019.05.95.fuwq.009
发表时间:2019
5

基于综合治理和水文模型的广西县域石漠化小流域区划研究

基于综合治理和水文模型的广西县域石漠化小流域区划研究

DOI:10.14050/j.cnki.1672-9250.2017.02.014
发表时间:2017

张勇的其他基金

批准号:51402250
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81370454
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:71873069
批准年份:2018
资助金额:49.00
项目类别:面上项目
批准号:31700877
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50571018
批准年份:2005
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:30900636
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51106028
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401301
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21865003
批准年份:2018
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:91636106
批准年份:2016
资助金额:90.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51601091
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31071040
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:10605035
批准年份:2006
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30900779
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51273109
批准年份:2012
资助金额:79.00
项目类别:面上项目
批准号:11871417
批准年份:2018
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:81072465
批准年份:2010
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:30200162
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11501052
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41171275
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11771178
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81570566
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81902316
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30570939
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:51471025
批准年份:2014
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:11274162
批准年份:2012
资助金额:93.00
项目类别:面上项目
批准号:11226277
批准年份:2012
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31901038
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51706053
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81370850
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51108289
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51605482
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51208266
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20777062
批准年份:2007
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:61475126
批准年份:2014
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:31572596
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31371623
批准年份:2013
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:11004097
批准年份:2010
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51205141
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81100816
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81800978
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41806124
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770846
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11574237
批准年份:2015
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61876185
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:61473299
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30700797
批准年份:2007
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51904306
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31901881
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71671077
批准年份:2016
资助金额:40.60
项目类别:面上项目
批准号:11374042
批准年份:2013
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:61171097
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30901208
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61108072
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30270638
批准年份:2002
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:51671020
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50977049
批准年份:2009
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:30600393
批准年份:2006
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51675190
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51508565
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200597
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11073035
批准年份:2010
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:30970868
批准年份:2009
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:51301023
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31271420
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81571579
批准年份:2015
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:21775053
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:61575049
批准年份:2015
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:41802073
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30900063
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71003110
批准年份:2010
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61871072
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:30871214
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11874213
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:91949106
批准年份:2019
资助金额:68.00
项目类别:重大研究计划
批准号:11704112
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41671057
批准年份:2016
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:U1530128
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81501274
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21075102
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:40904013
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30500363
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51275116
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:59403005
批准年份:1994
资助金额:7.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51577142
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:40701118
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61762043
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81570399
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61300065
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41602075
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11004255
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11302240
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50971019
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:U1404823
批准年份:2014
资助金额:30.00
项目类别:联合基金项目
批准号:10703008
批准年份:2007
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61763038
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11905085
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10447116
批准年份:2004
资助金额:2.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31571365
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31201720
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51271155
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41065001
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50805039
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11501035
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71473090
批准年份:2014
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:30960043
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51403044
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81804160
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51275418
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:10704010
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31071114
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:21502021
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91019010
批准年份:2010
资助金额:55.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31400713
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40701032
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50672042
批准年份:2006
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:91949130
批准年份:2019
资助金额:68.00
项目类别:重大研究计划
批准号:10447134
批准年份:2004
资助金额:2.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31470634
批准年份:2014
资助金额:76.00
项目类别:面上项目
批准号:31271470
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51073092
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:31072196
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:31771320
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:20377035
批准年份:2003
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51375122
批准年份:2013
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:10805036
批准年份:2008
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11101180
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10926053
批准年份:2009
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:30700611
批准年份:2007
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81672070
批准年份:2016
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:31671011
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30901479
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801110
批准年份:2008
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81270838
批准年份:2012
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:11301457
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30970857
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:41902206
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10902093
批准年份:2009
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31771486
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50773036
批准年份:2007
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:41302229
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61005089
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560462
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51875137
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:21577110
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81270042
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31770716
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51672157
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31100051
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50877056
批准年份:2008
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:81372280
批准年份:2013
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:91331114
批准年份:2013
资助金额:120.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61901058
批准年份:2019
资助金额:24.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30470837
批准年份:2004
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:51408585
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41376079
批准年份:2013
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
批准号:31560638
批准年份:2015
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30771048
批准年份:2007
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:81773735
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:31670082
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:60742001
批准年份:2007
资助金额:9.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30972112
批准年份:2009
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:70403005
批准年份:2004
资助金额:14.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:29977016
批准年份:1999
资助金额:13.00
项目类别:面上项目
批准号:81603270
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11772348
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:49060013
批准年份:1990
资助金额:4.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31670176
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41806129
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31371288
批准年份:2013
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:31901394
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31471377
批准年份:2014
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:81672654
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61562035
批准年份:2015
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30200071
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31771125
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21177102
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:20577037
批准年份:2005
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:30871904
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:50701041
批准年份:2007
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200067
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30400123
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31072187
批准年份:2010
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31771410
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:10501033
批准年份:2005
资助金额:14.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21001097
批准年份:2010
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

过渡金属氮化物/石墨化碳纳米复合结构的可控构筑及电容特性

批准号:21501104
批准年份:2015
负责人:孙立
学科分类:B0502
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

二维层状介孔过渡金属-氮-碳/掺氮石墨烯纳米杂化电催化剂的构筑与电催化性能研究

批准号:21661023
批准年份:2016
负责人:张军
学科分类:B0104
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
3

介孔过渡金属氮化物纳米线的制备、电容特性及其柔性超级电容器

批准号:51572100
批准年份:2015
负责人:霍开富
学科分类:E0208
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

石墨烯三维多孔杂化结构的原位合成及其储能特性

批准号:51472177
批准年份:2014
负责人:赵乃勤
学科分类:E0203
资助金额:82.00
项目类别:面上项目