质子交换膜离子传输通道中水合质子结构及形成机理的研究

基本信息
批准号:21506019
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:张宁
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:焉晓明,魏宁宁,范姝艾,谌庄琳,宋月春,刘昭
关键词:
水合质子离子传递通道分子动力学模拟浮动电荷力场质子交换膜
结项摘要

Hydrated proton is the basic and smallest structure of the proton transport across proton exchange membrane (PEM), thus there is great effect of the hydrated proton size on the proton flux. However, little light has been shed on the structure and the formation mechanism of hydrated proton in the ion transport channel of the membrane. Molecular dynamics method has an advantage in the simulation of the inter-molecular potential energy and the molecular movement. Thus the method is used to study the transportation of proton and water in the PEM. It is very important to accurately simulate the induced polarization effect resulted from the charged particle, thus we propose a method that the partial charges of the related atoms is adjusted every time step. Meanwhile, the extensive experiments on PEM provide plenty of data for the validation of the simulation results. Based on the simulation results, the stable structure, probability distribution and the transition mechanism of the hydrated protons are investigated to elucidate the effect of the size of the ion transport channel on the hydration number of the proton; the effects of different condition are also studied to clarify the interaction of the hydrated proton structure and the channel size; the corresponding proton conductivity is then analyzed to explore the inhibition mechanism, then the proton transfer in the ion transport channel could be modeled. The project will provide theoretical guidance for the improvement and design of the proton transport channel, the regulation of the hydrated proton structure and the development of highly conductive proton exchange membrane.

水合质子作为质子交换膜中最小质子传递单元,其尺寸直接影响质子传递通量,而人们对于膜内水合质子结构及形成机理的认识不十分明晰。分子动力学方法能有效地模拟分子间作用及其运动规律,故本项目采用该方法模拟质子和水分子在质子交换膜中的传递过程,创新地提出动态调节各原子电荷量,使带电粒子产生的诱导极化效应得到准确描述,这是准确模拟质子在膜内传递的关键,大量的实验研究也为模拟结果准确性的验证提供了数据支持;进而探究离子传递通道尺寸对质子水合数的影响,探明水合质子的稳定结构及分布规律,阐释各类型水合质子结构的形成机理及其相互转化规律;探索不同条件对水合质子结构和通道形貌的影响,提出对水合质子结构与离子传递通道尺寸间耦合作用规律进行研究,揭示影响质子传导率的关键因素,并构建描述质子在膜通道中的输运模型。本项目的实施为离子传输通道的改善和设计、水合质子尺寸的调控并开发出高质子传导性能的膜材料提供理论指导。

项目摘要

水合质子作为质子交换膜中最小质子传递单元,其尺寸直接影响质子传递通量,而人们对于膜内水合质子结构及形成机理的认识不十分明晰。分子动力学方法能有效地模拟分子间作用及其运动规律,故本项目采用该方法模拟质子和水分子在质子交换膜中的传递过程,创新地提出通过探究离子水合结构阐明离子传输通道的传质机制,并通过构建一维拟质子交换膜通道模型,通过DFT方法优化带电基团的偏电荷量合理描述分子间相互作用,探究膜通道尺寸、功能基团等因素对质子水合数的影响,探明水合质子的稳定结构及分布规律,阐释各类型水合质子结构的形成机理及其相互转化规律;探索不同条件对水合质子结构和通道形貌的影响,提出对水合质子结构与离子传递通道尺寸间耦合作用规律进行研究,揭示影响质子传导率的关键因素,并构建描述质子在膜通道中的输运模型。本项目的实施为离子传输通道的改善和设计、水合质子尺寸的调控并开发出高质子传导性能的膜材料提供理论指导。

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

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
2

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
3

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.19.016
发表时间:2020
4

掘进工作面局部通风风筒悬挂位置的数值模拟

掘进工作面局部通风风筒悬挂位置的数值模拟

DOI:
发表时间:2018
5

结核性胸膜炎分子及生化免疫学诊断研究进展

结核性胸膜炎分子及生化免疫学诊断研究进展

DOI:10.3760/cma.j.issn.1674-2397.2020.05.013
发表时间:2020

张宁的其他基金

批准号:51608172
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:61401302
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10871002
批准年份:2008
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:21663016
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30400194
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:81072160
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:31770636
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:19874031
批准年份:1998
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
批准号:31100156
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81072088
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:31671421
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51372156
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81101619
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:71403138
批准年份:2014
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51506055
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:40572068
批准年份:2005
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:21062013
批准年份:2010
资助金额:27.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71402100
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:91746112
批准年份:2017
资助金额:43.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51406218
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:51605087
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:51704117
批准年份:2017
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20973072
批准年份:2009
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:20562007
批准年份:2005
资助金额:22.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:69174004
批准年份:1991
资助金额:3.40
项目类别:面上项目
批准号:79870007
批准年份:1998
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31000674
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:51308543
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:61505197
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11901083
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:41372039
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:50977046
批准年份:2009
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:81102560
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31660416
批准年份:2016
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81673581
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81274035
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:11805114
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:71772127
批准年份:2017
资助金额:47.00
项目类别:面上项目
批准号:70971003
批准年份:2009
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:51373170
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41201262
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:41461118
批准年份:2014
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81500879
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:21304086
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:21805066
批准年份:2018
资助金额:24.10
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81603126
批准年份:2016
资助金额:17.30
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900358
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:10674071
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81573949
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51307092
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51706086
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50672060
批准年份:2006
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:71203053
批准年份:2012
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502285
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:70663010
批准年份:2006
资助金额:15.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81072450
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31100429
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71403124
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61875014
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51677096
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31901542
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:11901217
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:81472683
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:51704338
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:61505034
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:41375014
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:40972024
批准年份:2009
资助金额:44.00
项目类别:面上项目
批准号:51072121
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:31901620
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:30672581
批准年份:2006
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:31460370
批准年份:2014
资助金额:45.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11402123
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51673194
批准年份:2016
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81401999
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:81301990
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:70971089
批准年份:2009
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:30772529
批准年份:2007
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:81372738
批准年份:2013
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41005008
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:51277098
批准年份:2012
资助金额:81.00
项目类别:面上项目
批准号:71873065
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81273747
批准年份:2012
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:21263014
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51402364
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:51405457
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:79200003
批准年份:1992
资助金额:3.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81101972
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:41675008
批准年份:2016
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:30400401
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

新型高性能阻醇质子交换膜纳米多级质子传输通道构筑及构效关系研究

批准号:21503197
批准年份:2015
负责人:蔡卫卫
学科分类:B0905
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
2

质子交换膜微结构中质子输运复杂行为的模拟研究

批准号:21404105
批准年份:2014
负责人:陈文多
学科分类:B0309
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

侧链型高温质子交换膜的微观结构调控、性能与离子传输机制

批准号:21576007
批准年份:2015
负责人:卢善富
学科分类:B0809
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

质子交换膜燃料电池膜内质子传导和催化层内燃料传输机理的微尺度研究

批准号:51906218
批准年份:2019
负责人:斯超
学科分类:E0607
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目