理性设计亚胺基共轭微孔聚合物及其多孔炭用于能源存储与转换

基本信息
批准号:51873036
项目类别:面上项目
资助金额:59.00
负责人:廖耀祖
学科分类:
依托单位:东华大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:巨安奇,成艳华,程中桦,李慧欣,何颜,胡孝文
关键词:
共轭聚合物多孔炭能源存储与转换氧化还原活性有机多孔聚合物
结项摘要

This project focuses on component design, microstructure control, macroscopic morphology assembly, and the relationship between structure and properties of amine-based conjugated microporous polymers (CMPs) and derived porous carbons for electrochemical energy storage and conversion applications. Firstly, on the basis of traditional Buchwald-Hartwig coupling protocol, a series of amine-linked CMPs with strong redox-activity and tunable porosity will be precisely synthesized via regulation of aromatic bromines and amines as well as the selection of the heteroatoms (i.e. N, P, B, and O) of the aromatics. Secondly, with above-mentioned CMPs as the precursors, heteroatom and non-noble-metal doped functional porous carbons with unique structures will be rationally prepared via optimization of metal-loading and pyrolysis techniques. Finally, the applications and mechanisms of as-prepared CMPs and porous carbons for supercapacitors and electrochemical hydrogen evolution reaction will be emphatically investigated; and the results will be further verified using density functional theory (DFT) calculations. High-quality of electrochemical energy materials are expected to be produced after a successful implementation of the project. It is believed that the research achievements of the project could meet the national economy and social development of new energy strategic needs, have important scientific significance and application value.

本项目面向电化学能源存储与转换的应用要求,主要研究亚胺基共轭微孔聚合物(CMPs)及其多孔炭的组分设计、微观结构控制、宏观形态组装以及构效关系。首先,创新性地采用经典Buchwald-Hartwig偶联技术,通过优化起始芳溴与芳胺单体并巧妙地引入杂原子比如N、P、B、O等,精确合成主链含氮、强氧化还原活性以及孔结构可控的一系列亚胺连接的CMPs;其次,以亚胺基CMPs为前驱体负载过渡金属并优化炭化工艺,理性制备杂原子、非贵金属掺杂的新型功能多孔炭;最后,重点考察上述CMPs及其功能多孔炭在超级电容器和电催化析氢等方面的应用效果和作用机制,并与密度泛函理论模拟计算结果相印证。本项目成功实施有望获得高品质电化学能源材料,其研究结果可为相关材料的研制提供理论指导,并满足国民经济与社会发展对新能源的战略需求,具有重要的科学意义和应用价值。

项目摘要

本项目面向电化学能源存储与转换的应用要求,主要研究了亚胺基和吡啶基共轭微孔聚合物(CMPs)及其多孔炭的组分设计、微观结构控制、宏观形态组装以及构效关系。首先,创新性地采用经典Buchwald-Hartwig、Schiff-base和Chichibabin等多种碳氮偶联技术,通过优化起始芳溴、芳胺、芳醛、芳酮单体并巧妙地引入杂原子比如N、O等,精确合成了高氮氧含量(20%)、强氧化还原活性以及孔结构可控的一系列亚胺和吡啶连接的CMPs;其次,以亚胺基和吡啶基CMPs为前驱体负载过渡金属并优化炭化工艺,理性制备了杂原子、非贵金属掺杂的新型功能多孔炭(比表面积最高达2356 m2/g);最后,重点考察了上述CMPs及其功能多孔炭在超级电容器、电催化析氢、电催化氧还原等方面的应用效果和作用机制,并与密度泛函理论模拟计算结果相印证。相关研究结果为高性能电化学储能和电催化能源转化材料研制提供了理论指导和科学依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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