水滑石超薄二维材料的可控制备及其电催化分解水性能研究

基本信息
批准号:21871021
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:卫敏
学科分类:
依托单位:北京化工大学
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:张瑞康,周蕾,饶德明,栗振华,李剑波,肖凯名,杨绮慧
关键词:
电催化材料二维材料水滑石
结项摘要

The exploitation of highly efficienct, low cost electrocatalysts toward electrochemical water splitting (including oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER)) is one of the critical issues in renewable energy storage and conversion field. This project is focused on the synthesis of ultrathin layered double hydroxides (LDHs) nanosheet materials via two strategies: “top-down” plasma assisted liquid exfoliation method and “bottom-up” electrochemical synthesis approach, respectively, which are used as catalysts toward electrochemical water splitting. The project goal is to obtain high performance 2D electrocatalysts toward OER and HER by a precise control over the thickness, atom composition and distribution, electronic structure and surface defects of the ultrathin LDH nanosheets. The general aim is to be achieved through the following approaches: (1) study on the preparation methodology of ultrathin LDH nanosheets by means of the plasma assisted liquid exfoliation method and electrosynthesis technique; (2) investigation on the geometric/electronic structure, surface chemical state and defects by employing molecular dynamics simulations, periodic density functional calculations, structure characterization and functionality evaluation; (3) exploring the relationship between the water splitting behavior and the structure of ultrathin LDHs nanosheets, revealing the catalytic active site, reaction mechanism and rate-determining step. This project will provide new strategies for the preparation of 2D ultrathin LDHs nanosheets, which can be potentially used in the field of energy storage and conversion.

电催化分解水产氢制氧作为一种高效的清洁能源途径,已引起研究者的广泛关注,其中高性能电催化剂的结构设计与制备是关键问题。本项目拟分别采用"Top-down"等离子体轰击辅助液相剥离技术和"Bottom-up"电化学导向合成方法,制备具有超薄二维片层结构的水滑石(LDHs)材料,作为电催化分解水的高效催化剂。通过调变等离子体轰击和电化学导向合成的制备参数,实现对二维超薄LDHs纳米片的结构、组成、厚度的精细调控,提出原子尺度下可控制备超薄LDHs材料的新方法。深入研究超薄LDHs纳米片表面结构、电子结构、缺陷结构对电催化活性的影响,确定催化活性中心和反应机理,揭示LDHs片层厚度、表面结构和电催化性能之间的协同作用关系。以性能为导向进一步优化材料结构,获得一类具有优异电催化分解水性能的超薄二维纳米材料。本项目工作对于发展新型能源材料提供了新的设计思路,具有重要的理论价值和实际应用前景。

项目摘要

电催化分解水产氢作为一种高效的清洁能源途径,已引起研究者的广泛关注,其中高性能电催化剂的结构设计与制备是关键。本项目以超薄LDHs材料的可控制备为基础,围绕超薄水滑石类材料(LDHs)纳米片阵列的制备、超薄LDHs基衍生物的合成及其(光)电催化分解水制氢性能强化等方面开展了深入系统的研究。明确了超薄LDHs纳米片片层厚度、表面结构和催化性能之间的协同作用关系。以电催化分解水性能为导向进一步优化了材料结构和组成,获得了一类具有优异电催化性能的超薄二维纳米材料,并揭示了材料在电催化水裂解中的构效关系。本项目工作为二维超薄LDHs纳米片的制备提供了新的策略,有望在绿色氢能领域中有应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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