“大学生创新创业训练计划”创新训练项目申请表.docx

"大学生创新创业训练计划”创新训练项目申请表项目类别：（创新训练项目）项目名称：纳米贵金属修饰A?B工型储氢合金的紫外辐射分散法制备及其电催化性能研究项目负责人： 张宇琦学院、专业： 物理与电子信息学院 物理学联系系话：电子信箱：指导教师：田晓教授指导教师所在学院（部门）：物理与电子信息学院指导教师联系电话：内蒙古师范大学招生就业处制表 填表日期：2021年6月28日本项目拟依托内蒙古师范大学自治区功能材料物理与化学重点实验室和材料物理本 科专业实验室进行研究，这些实验室已经具备了项目使用的大部分实验设备仪器。部分 缺少的仪器设备将利用网上e测试平台和北京大学化学与分子工程学院新能源组（该组 与指导老师有合作关系，或者包头稀土研究院测试中心进行实验。八、经费预算开支科目预算金费 （元）主要用途阶段下达经费计划（元）前半阶段后半阶段预算经费总额20000.00业务费12000.00用于测试费、会议、差旅费、 出版费等6000.006000.00仪器设备费000试验设备试制费000材料费8000.00购买原材料、试剂、资料复 印、图书等5000.003000.00学校批准经费九、指导教师意见本项目围绕新能源储氢复合材料催化剂的制备而展开研究。项目选题新颖， 研究难度适中，研究内容充分，团队成员达配合理，各成员均为所在专业班级内 品学兼优的同学，也都前后进入实验室进行过不同程度的研究，对该项目研究内 容有关前期研究经验，相信能够圆满完成任务。十、学院意见负责人签字：（盖章）日期:卜一、学校意见负责人签名:负责人签名:（盖章）日期:填 表 须 知一、项目申请表要逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要 填“无”。二、项目只能由全日制本科生提出申请，原则上以二至三年级学生为主。申请者要 品学兼优、学有余力，有较强的独立思考能力和创新意识，对科学研究、科技活动或社 会实践有浓厚的兴趣。项目申请表由项目负责人填写，项目类别主要包括：创新训练项目、创业训练项目、 创业实践项目三、指导教师应具有相当于副教授及以上职称，或主持过省级及以上课题，能保证 指导时间。四、申请书中第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使 用缩写。五、申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚，一律用计算机 输入打印。六、格式要求：表格中的字体应为小四号宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人 员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。七、项目起止年月为：2021年7月至2023年7月八、项目预算总额：1.8万-2万元九、资金预算主要用途：可参加附件1中有关条款。一、基本情况项目 名称纳米贵金属修饰A2B7型储氢合金的紫外辐射分散法制备及其电催化性能研究申请 金额2.0万元起止年月2021年7月至2023年7月负责人 姓名张宇琦性别男民族汉出生年月2001年1月学号联系 电话宅：无手机：指导 教师田晓联系 电话宅：无手机：负责人曾经参 与科研的情况负责人是物理学2019级(本科二年级)学生。通过大学一年级下学 期听取指导老师田晓教授的热学课程的过程中，对新能源材料和技术 从有所了解，逐渐到喜欢并感兴趣。随后，通过与指导老师申请进入新能 源储氢材料课题组并参与学习、实验。在新能源储氢实验室，负责人积极 参与相关基础知识学习、有空就跟随实验室研究生进行相关实验。目前对 储氢材料研究方面的仪器设备、研究方法、思路等均进行了初步学习。最 近，在指导老师的指导下，负责人查阅了相关本项目的一些文献资料，并 进行了深入的研究分析。指导教师承担 科研课题情况目前指导老师正在进行的项目有：1高性能La-Mg-Ni储氢电极材料的物相、尺寸调控制备及其结构与性 能研究(2019GG264 ),内蒙古自治区科技计划项目， 2019.11-2022.11, 40 万元;2稀土掺杂Fe-Ga定向凝固合金中掺杂元素与纳米异质相的交互作用 (2019MS05002),内蒙古自治区自然科学基金，2019.01-2021.12,10.0 万；指导教师对本 项目的支持情 况(含经费、设 备、场地、时间 等)本项目是在指导老师的指导下进行申请的，指导老师承诺为本项目申 请的选题、研究内容、具体研究方法和技术路线等进行详细指导，让有相 关研究经历的硕士研究生协助进行课题研究。同时，指导老师承诺为本项 目提供5000元测试费，并提供研究所用的仪器设备和实验场地，也将定 期亲自指导项目研究。项 目 组 主 要 成 员姓名学号专业班级所在学院项目中的分工尹东立材料物理2019 级物理与电子信息 学院样品制备高媛媛物理学 2019级汉一班物理与电子信息 学院样品制备刘昕璃材料科学与工程 2019级硕士研究生物理与电子信息 学院性能分析纪铭悦材料科学与工程 2020级硕士研究生物理与电子信息 学院结构分析二'项目研究的目的和主要研究内容2项目研究的目的(1)通过采用紫外辐射分散制备方法，制备纳米贵金属修饰高容量A2B7型储氢复合 材料，并探索寻求最佳制备工艺条件；(2)研究贵金属修饰高容量A2B7型储氢复合材料的结构、电化学性能以及对硼氢化 物的催化性能。2.2主要研究内容(1)采用紫外辐射分散法制备纳米贵金属修饰高容量A2B7型储氢复合合金首先，选取课题组前期研究获得性能较好的高容量A2B7型La- Y-Ni储氢合金为基 础储氢合金，选用的贵金属为比较廉价的Ag。本研究将重点采用紫外辐射分散法制备纳 米贵金属修饰高容量A2B7型储氢复合合金。在紫外辐射分散法制备过程中，通过不断调 节溶液浓度、复合配比、搅拌时间、光照强度、光照时间等，深入研究紫外辐射分散法 在不同制备工艺参数下对贵金属修饰复合合金制备的调控规律，探索每一步制备的最佳 条件，找出制备过程中整体最优化条件，实现实验可调控、样品制备具有重复性。(2)纳米贵金属修饰高容量A2B7型储氢复合合金结构和性能研究研究纳米贵金属修饰高容量a2b7型储氢复合合金的微结构(贵金属是否形成纳米粒子，粒子的尺度大小、形态、分散的均匀程度、包覆的厚度以及复合催化剂的相结构、 相组成、形貌等）、作为阳极催化剂的催化性能（包括催化活性、催化行为、电催化氧化 反应转移的电子数、放电性能、循环稳定性、燃料利用率、功率密度等）、储氢性能（包 括合金的活化性能、储氢容量、放电性能、循环稳定性等）、建立材料微观结构与性能（催 化性能和储氢性能）间的内在联系以及催化性能与储氢性能的关联性。（3）控制试验条件，拓宽贵金属成分，制备性能优良的纳米贵金属修饰高容量A2B7 型储氢复合合金在前期研究的基础上，将贵金属Ag拓展为催化性能优良的贵金属Pt,控制试验条 件、结合试验结果和理论分析，通过合理控制制备工艺制备出性能优良的纳米贵金属修 饰高容量A2B7型储氢复合合金，并探索该类合金的催化机理。三、国、内外研究现状和发展动态目前，化石能源还是人类社会生存发展的主要能源，但是世界上化石能源的储备越 来越少，同时化石能源在使用过程中也会产生大量的环境污染。因此，世界各国都在急 切寻找绿色新能源。氢能是人们一直非常关注的绿色新能源。直接硼氢化物燃料电池 （DBFC）是一种将存储在硼氢化物BH4一中的化学能在阳极催化剂作用下直接转化为电能 的新型燃料电池。电池是以硼氢化物（NaBH4或者KBHQ的碱性溶液作为阳极的燃料， 阴极则是由02或H2O2作为氧化剂。硼氢化物是一类含氢量很高的化合物（例如，NaBH4 含氢量为10.6wt%）,硼氢化物化学能的利用实质也是氢能的利用。由于直接硼氢化物 燃料电池（DBFC）具有更高的理论输出电压和功率密度、优良的性能、便捷的运输和储 存、无污染、可在常温下运行等优点越来越受到人们的关注。直接硼氢化物燃料电池（DBFC）的性能很大程度上取决于硼氢化物在阳极上发生的 电化学反应，而阳极上的电化学反应又直接受阳极催化剂的控制。以往该类燃料电池一 般用贵金属，例如Pt、Au、Pd、Ag等做催化剂，贵金属昂贵的价格和稀缺的资源成为限 制燃料电池在实际中的应用。因此，研究和开发稳定性高、催化活性好的非贵金属催化 剂对推动燃料电池产业化发展具有重要的理论和现实意义。最近几年，在寻找廉价的催 化剂的过程中，人们考虑到储氢合金具有独特可逆吸放氢性能，试图将储氢合金作为 DBFC阳极催化剂，理论研究发现储氢合金不仅具有直接催化能力，而且还可以将产生 的氢吸附(或存储)，再以电能形式释放出来，通过双重作用提高燃料利用率。本课题组在以往的研究中使用稀土 AB5储氢合金作为DBFC阳极催化剂，研究其 阳极催化性能及其与储氢性能的相关性。研究发现储氢合金对硼氢化物的催化性能与其 本身的电化学性能呈正相关。因此，在本项目中选用高容量的A2B7型储氢合金作为基 础合金。同时发现，单一储氢合金作为DBFC阳极催化剂的性能并不突出，还与电化 学反应过程中，储氢合金在碱性电解液中容易表面氧化，形成惰性电极有关。由此，提 出采用贵金属修饰的储氢合金作为DBFC阳极催化剂。然而，目前存在的主要问题是， 如何用贵金属修饰储氢合金颗粒，将两种金属粉末能有机复合是目前最大的挑战。最近， 我们课题组提出采用紫外辐射分散法实现纳米贵金属表面修饰储氢合金颗粒，已经初步 验证了其可行性，但是系统而细致的研究还没有深入进行，本项目正是围绕该制备方法 而展开。本项目将采用实验与理论相结合的方法，探索寻求性能更为优异的新型储氢合金阳 极催化剂，阐明储氢合金的阳极催化性能与储氢性能的相关性，从而揭示储氢合金的阳 极催化机理，为进一步探索新型DBFC阳极催化剂提供理论依据。这将对于高容量燃料 电池的开发、稀土材料的应用具有重要的指导意义。本项目立足于内蒙古丰富的稀土资 源，对于提升内蒙古地区稀土研究水平、开发具有地区特点的高附加值稀土产品也具有 重要而深远的意义。主要参考文献1冯瑞香，曹余良，等.AgNi合金作为直接硼氢化物燃料电池的阳极催化剂.物理化学 学报 23(2007)932-934.2邵志刚，衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望.中国科学院院刊4(2019)467-477. 3侯明，衣宝廉.燃料电池技术发展现状及展望.电化学18(2012)1-13.4魏建良，王先友，等.直接硼氢化物燃料电池.化学进展9(2008)1427-1432.5高翔宇，马金福，等.CO3O4镀银对BH4-水解的抑制及在DBFC中的应用.化工学报 68(2017)2162-2168.6闫静，田晓，赵宣，等.储氢合金作为直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂的研究进展. 材料导报 33 (2019) 2229-2236.7 JingYan, XiaoTian, XinyuLiu, etal. Correlation between electrochemical properties of the CNTs/ABs composite hydrogen storage alloys and their catalytic properties for KBH4. International Journal of Hydrogen Energy 45 (2020) 452-463.8闫静，田晓，姚占全，等.球磨AB5型储氢合金对BH4-的催化性能与其电化学性能的 相关性研究.稀土 41 (2020) 44 -52.四、项目的创新点和特色本项目创新点是采用贵金属表面修饰储氢合金，一方面保护储氢合金不被氧化，发 挥其独特催化作用，另一方面实现二者优势互补、协同作用，达到力+1>2”的效应。本项目兼顾新能源利用、环境保护和人类可持续发展，紧密围绕开发应用内蒙古自 治区丰富的稀土资源和提高新型稀土功能材料性能的应用为目的，研究具有鲜明的时代 和地区特色。五、预期成果和拟解决的关键问题(1)预期成果预计在国内外学术刊物上发表相关学术论文1篇，提交结题报告1份。(2)拟解决的关键问题选取恰当的试验方法、控制实验条件将贵金属纳米颗粒均匀分散在储氢合金颗粒表 面，深入研究紫外辐射分散法在不同制备工艺参数下对贵金属修饰复合合金制备的调控 规律，探索每一步制备的最佳条件，找出制备过程中整体最优化条件，实现实验可调控、 样品制备具有重复性，将是本项目拟解决的关键科学问题。六、项目研究进度安排本项目预计2年内完成，具体研究进度安排：文献调研、软件、仪器设备等进一步操作学习，并开始制备贵金属 修饰复合储氢合金；2022.012022.07细致研究紫外辐射分散法在不同制备工艺参数下对贵金属修饰复 合合金制备的调控规律，探索每一步制备的最佳条件，找出制备过程中整体最优化条件, 实现实验可调控、样品制备具有重复性。2022.072022.12将贵金属拓展，在前期研究基础上制备出纳米贵金属修饰的复合 合金，对合金的结构和性能进行研究，分析结构和性能间的相关性并探索催化机理；2023.012023.07全面进行总结，书写论文和结题报告。七、已有基础.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩本项目组由2019级物理学本科专业、材料物理本科专业以及2020级材料科学与工 程专业的硕士研究生组成。团队成员感兴趣新能源储氢材料研究，都不同程度跟随指导 老师及研究储氢材料的研究生在重点实验室和材料物理本科实验室进行过储氢材料方面 的研究工作。到目前，项目组已经了解了一些材料的制备方法，例如熔炼、球磨、烧结 等；也进行过储氢材料的电化学测试方法和一些简单的结构分析方法。同时，我们也自 行从网上学习了一些有关材料的研究方法。这些前期的学习和研究经历为本项目的研究 奠定了一定的基础。1 .已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法