非晶态-晶态纳米同质异相结的构筑与太阳光谱响应光催化材料研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872258
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Photocatalyst material has been a widely discussed topic in converting the photon energy to chemical energy at the forefront of environment and energy research fields. According to the key scientific issues of high-efficiency generation and mobility of photo-generated carrier, this project puts forward an innovation scheme within construction of amorphous-crystalline nano-heterogeneous-homojunction. It can simultaneously accomplish purposes of wide frequency response and high efficient separation of electron hole by band-gap narrowing, built-in electric field and the unique electronic transmission interface. Hydroxyls are injected into nano metal oxides crystal lattices through sonochemistry in liquid phase, inducing the disordered crystal facets based on the selected protection. This method meets the aim that high performance photocatalytic materials with the structure of analogous schottky junction are synthesized. The physics and chemistry methods on crystal facets selective disordering are investigated. Furthermore, the influence on oxygen vacancy, band structure, spectral response and photocatalytic properties by hydroxylation degree, amorphous layer thickness and crystal facets selecting are studied. Then, the unique electronic structure and defects on the interface of amorphous-crystalline are unveiled, solving its impacts on carriers transport and recombination on interface. Finally, a new photocatalysis theoretical model of nano-heterogeneous heterojunction is established. This project provides a new approach for the research and development of nano-heterojunction photocatalytic materials, which is expected to achieve a breakthrough in photocatalytic materials with high-efficiency solar spectral response.
利用光催化材料实现太阳能-化学能的高效转化是当前环境和能源领域的科学研究前沿。根据光催化材料的光生载流子高效产生与有效迁移等关键科学问题,项目提出构筑一种非晶态-晶态纳米同质异相结,利用带隙窄化、异相结内建电场与电子传输特性界面同步实现电子空穴的宽频响应与高效分离的创新方案:采用声化学羟基注入诱导金属氧化物纳米晶表面无序化的方法,基于晶面的选择性保护,实现纳米晶特定晶面的选择性无序化,从而制备出具有类肖特基异质结结构的高效光催化材料。项目拟研究实现晶面选择性无序化的物理化学方法;研究羟基化度、非晶层厚度、选择晶面等对氧空位、能带结构、光谱响应和光催化性能影响等相关规律;研究非晶态-晶态界面独特的电子结构与缺陷行为及其对载流子迁移与界面复合影响的内秉机制,建立新型纳米同质异相结的光催化理论模型。本项目为纳米异质结光催化材料的研制开发提供了新思路,可望实现高效太阳光谱响应光催化材料的重点突破。

结项摘要

利用光催化材料将太阳能直接转化为化学能在环境与新能源领域意义重大,受到了广泛关注。本项目围绕纳米半导体的光生载流子高效产生与有效迁移等关键科学问题展开。主要研究成果概论如下:设计合成了一系列新型非晶态-晶态金属氧化物纳米同质异相结,掌握了纳米同质异相结中非晶态-晶态界面、氧空位、金属离子价态和无序化度的调控方法与变化规律,研究了该异相结的能带结构、界面载流子传输特性以及其对光催化性能的影响,掌握了其光激发、电子迁移与无序化度之间的关系与影响规律,实现了提升金属氧化物纳米同质异相结的光催化量子转换效率和实现太阳光宽光谱利用的目的,获得了几种新型非晶态-晶态金属氧化物纳米同质异相结高性能光催化材料;项目还开展了新型宽带隙CeF3基纳米异质结光催化材料的研究,构建了非金属离子O、N掺杂的CeF3、高浓度非金属离子O掺杂的CeF3O、Ag/CeF3O异质结、O,N-CeF3/α-FeOOH异质结等几种新型光催化材料,实现了带隙窄化和太阳光谱的高效利用,将光谱响应范围拓展到近红外波段,促进了光生载流子空间上的定向分离和迁移,使得其在可见光和近红外光下表现出优秀的光催化产氧活性和降解盐酸四环素等有机污染物的性能。此外,项目还研究建立了g-C3N4/TiO2/C纳米异质结太阳光催化材料的水热原位制备技术,构筑出了适用于光催化降解水体有机污染物的高性能、低成本太阳光谱响应光催化材料,极具应用推广价值。在本项目资助下,目前已发表SCI期刊论文12篇,参加国内外学术会议3人次,获得授权国家发明专利8项、申请国家发明专利1项;培养博士研究生2名,硕士研究生6名。项目投入直接经费60.0万元,间接经费10.4万元。执行期间内项目直接经费实际支出40.30万元,各项支出基本与预算相符。结余经费19.70万元,这些款项将用于该项目的后续研究工作。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Ag-enhanced CeF3–O: highly enhanced photocatalytic performance under NIR light irradiation
Ag增强CeF3·O:在近红外光照射下高度增强光催化性能
  • DOI:
    10.1007/s11356-022-21808-4
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Science & Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Bing Han;Renke Bi;Chutong Zhou;Zhe Liu;Yunchao Lou;Zhiyu Wang
  • 通讯作者:
    Zhiyu Wang
Freeze-drying synthesis of O,N–CeF3 with enhanced photocatalytic oxygen evolution
冷冻干燥合成 O,N−CeF3 增强光催化析氧
  • DOI:
    10.1016/j.jre.2022.10.006
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Rare Earths
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Bing Han;Renke Bi;Chutong Zhou;Zhe Liu;Zhiy Wang
  • 通讯作者:
    Zhiy Wang
O,N-Codoped CeF3 Upconversion Nanoparticles for Efficient Photocatalytic Oxygen Evolution under Visible Light
O,N-共掺杂 CeF3 上转换纳米粒子用于可见光下高效光催化析氧
  • DOI:
    10.1021/acsanm.2c00140
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Applied Nano Materials
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Bing Han;Yunchao Lou;Zhe Liu;Chutong Zhou;Zhiyu Wang;Guodong Qian
  • 通讯作者:
    Guodong Qian
Nano Anatase TiO2 Quasi-Core-Shell Homophase Junction Induced by a Ti3+ Concentration Difference for Highly Efficient Hydrogen Evolution
Ti3浓度差诱导纳米锐钛矿TiO2准核壳同相结实现高效析氢
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.0c00277
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Inorganic Chemistry
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yu Siqi;Han Bing;Lou Yunchao;Ban Guodong;Wang Zhiyu
  • 通讯作者:
    Wang Zhiyu
One-step fabrication of highly self-hydroxylated TiO2 mesocrystals and photocatalytic behavior towards water splitting
高度自羟基化二氧化钛介晶的一步制备及其光催化分解水行为
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2019.12.090
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Yu Siqi;Han Bing;Lou Yunchao;Qian Guodong;Wang Zhiyu
  • 通讯作者:
    Wang Zhiyu

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其他文献

通过应力波速测试丁苯橡胶的瞬态模量
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    海军工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王安稳;王智宇
  • 通讯作者:
    王智宇
Synthesis of Long Afterglow Phosphor CaAl2Si2O8 :Eu^2+, Dy^3+ via Sol-Gel Technique and Its Optical Properties
溶胶-凝胶法合成长余辉荧光粉CaAl2Si2O8·Eu^2·2·Dy^3·1及其光学性能
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    --
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
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  • 作者:
    王银海;王智宇;张朋越;张福安;樊先平;钱国栋
  • 通讯作者:
    钱国栋
基于度中心性的AFDX网络拓扑生成
  • DOI:
    10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0123
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    北京航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王智宇;何锋;谷晓燕
  • 通讯作者:
    谷晓燕
小干扰RNA特异性沉默USP22基因对膀胱癌细胞增殖的抑制作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    吕磊;曾甫清;唐冬;王智宇;蒋国松;肖行远
  • 通讯作者:
    肖行远
单分散SiO_2/Ag/SiO_2核壳结构微球制备及自组装光子晶体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    硅酸盐学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王智宇;王民权;丁观军;祝名伟;钱国栋
  • 通讯作者:
    钱国栋

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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