亚化学计量钛氧化物一体化光电极构筑及其光电协同作用机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21875026
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    马红超
  • 依托单位：
    大连工业大学
  • 学科分类：
    B0502.无机功能材料化学
  • 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

The semiconductor photoelectrochemical oxidation is an effective method for the treatment of refractory organic wastewater. The key to enhance the efficiency of photoelectrocatalytic oxidation is how to realize the photoelectric synergies between photocatalysis and electrocatalysis, and to improve the separation and transfer efficiency of the photoinduced charges. The use of sub-stoichiometric titanium oxides with high photocatalytic and electrocatalytic performance presents new opportunities to achieve higher photoelectrocatalysis efficiencies based on its photoelectric synergies effect. Thus, aim of this study is that to solve the structural stability of electrode by using surface self-nanocrystallization technology, and analyze the influence of structure, interface characteristics and electrosorption/desorption on the photoelectrocatalytic performance of photoelectrode. Based on the experiments and theoretical calculation, the photoelectric synergies for photoelectrocatalytic process would be clarified. The findings of this study will provide theoretical and experimental basis for structuring integrated photoelectrocatalytic reactor systems with high photocatalytic performance.
半导体光电催化氧化是处理难降解有机废水的有效手段。实现光催化/电催化协同，进而提高光生电荷的分离和传递效率是增强光电催化氧化效能的关键。亚化学计量钛氧化物（黑氧化钛）兼具优异的电催化和光催化氧化性能，是光电一体化电极的理想材料。本研究拟通过黑氧化钛一体化电极的可控构筑实现光催化/电催化的协同，借助光电协同作用加速载流子的迁移与分离、提高污染物分子表面反应速度；应用表面自纳米化方法解决电极结构稳定性难题；揭示光电条件下电极结构、界面特性（能带结构、空间电荷层状态）及污染物分子的电吸附/电脱附效应与光电催化性能的内在联系；基于理论计算与实验分析阐明光电催化过程中光电协同作用机制、完善反应动力学模型。本项目的完成将为经济高效光电一体化反应器设计及其应用提供相应的理论分析与实验技术方法。

结项摘要

本项目以商业金属钛板为基质，通过电化学阳极氧化/阴极还原、微弧氧化-低温氢化、和草酸刻蚀-氢还原-水热沉积过程构建了黑氧化钛纳米线/纳米管阵列、高结合强度黑氧化钛陶瓷涂层和三维核壳异质结构的光电一体化涂层电极，实现了光催化过程与电催化过程的耦合。特别是以商业氧化钛粉末为原料，通过高压成型-高温氢化过程制备的光电一体化多孔陶瓷电极，完全克服了高电流工作状态下涂层与基质剥离的缺点，实现了工作电极的稳定超长运行。通过不同半导体微纳米异质结构的构建，有效调节了光电极能级结构，实现了感生载流子高效分离和可控迁移过程。基于界面亲疏水特性调节，实现了不同催化组成间的水输运/水氧化（生成中间活性氧物种）的协同作用，促进了中间活性氧物种的生成效率。通过引入优异电吸附特性半导体材料，实现了表面反应过程的增强，进而有效提高了光电催化反应效率。此外，基于密度泛函理论（DFT）阐明了催化剂组成结构、表面特性及相互作用对表面水氧化及中间活性物种生成的影响。同时也探讨了光电催化过程中传统Langmuir-Hinshelwood 动力学模型的适用性。本项目资助发表SCI论文21篇，授权发明专利2项。培养研究生10名（其中8人取得硕士学位，2名在读）。项目投入经费77.4万元，支出34.664万元，各项支出与预算相符。结余经费42.7356万元，结余经费计划用于本项目后续的支出。

项目成果

期刊论文数量（21）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（6）
Graphene oxide-promoted Ti/PbO2 photoanode with photoelectric synergy effect for efficient photoelectrocatalytic degradation of reactive brilliant blue
氧化石墨烯促进的具有光电协同效应的Ti/PbO2光阳极有效光电催化降解活性亮蓝
  • DOI：
    10.1007/s10853-020-05604-4
  • 发表时间：
    2020-11
  • 期刊：
    J Mater Sci (2021) 56:4741–4752
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wenfeng Li;Huiru Ma-An;Yinghuan Fu;Chun Ma;Guowen Wang;Xiaoli Dong;Hongchao Ma
  • 通讯作者：
    Hongchao Ma
Fabrication of PbO2 tipped Co3O4 nanowires for efficient photoelectrochemical decolorization of dye (reactive brilliant blue KN-R) wastewater
制备 PbO2 末端 Co3O4 纳米线，用于染料（活性亮蓝 KN-R）废水的高效光电化学脱色
  • DOI：
    10.1016/j.solmat.2018.12.005
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Xiaoqin Wang;Qiong Wu;Hongchao Ma;Chun Ma;Zhihui Yu;Yinghuan Fu;Xiaoli Dong
  • 通讯作者：
    Xiaoli Dong
Fabrication of BN modified Ti/PbO2 electrodes with tunable hydrophobic characteristics and their electrocatalytic performance
疏水特性可调的BN修饰Ti/PbO2电极的制备及其电催化性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.154049
  • 发表时间：
    2020-07
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Huibin Han;Jiahui Lyu;Liyan Zhu;Guowen Wang;Chun Ma;Hongchao Ma
  • 通讯作者：
    Hongchao Ma
Engineering Cationic Sulfur-Doped Co3O4 Architectures with Exposing High-Reactive (112) Facets for Photoelectrocatalytic Water Purification
用于光电催化水净化的具有暴露高活性 (112) 面的阳离子硫掺杂 Co3O4 结构工程
  • DOI：
    10.1021/acsami.0c20353
  • 发表时间：
    2021-02-10
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Di, Yanwei;Ma, Chun;Ma, Hongchao
  • 通讯作者：
    Ma, Hongchao
Consecutive metal oxides with self-supported nanoarchitecture achieves highly stable and enhanced photoelectrocatalytic oxidation for water purification
具有自支撑纳米结构的连续金属氧化物实现了高度稳定和增强的光电催化氧化用于水净化
  • DOI：
    10.1007/s10008-020-04886-7
  • 发表时间：
    2021-01
  • 期刊：
    Journal of Solid State Electrochemistry
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Huijun Li;Jiahui Lyu;Yan Chen;Linhan Jian;Ruochang Li;Xinghui Liu;Xiaoli Dong;Chun Ma;Hongchao Ma
  • 通讯作者：
    Hongchao Ma

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其他文献

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  • 通讯作者：
    马春
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  • 通讯作者：
    董晓丽
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    杨君;马红超;付颖寰;宋宇;王永为;于春玲;董晓丽
  • 通讯作者：
    董晓丽

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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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