银硼(Ag,B)共掺杂TiO2光催化剂活性增强机制的固体核磁共振实验和量化计算研究

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项目摘要

It has been found that (Ag, B)-codoped TiO2 photocatalysts exhibit an exceptionally high activity toward photocatalytic oxidation of methylene blue (MB) and rhodamine B (RhB) under visible-light or solar light irradiation, compared with solely (B- or Ag-) doped, and pure TiO2 catalysts. To gain new insights into the structure-activity rlationship, the structure, distribution, and formation mechanism of Ag and B species in the TiO2 photocatalysts will be investigated by advanced solid-state NMR technology (such as multi-quantum (MQ) MAS NMR techniques, double-quantum (DQ) correlation NMR techniques, and double-resonance experiments, etc.) in conjunction with density functional theory (DFT) calculations. Combined with the experiments of photocatalytic activity measured by UV-Vis spectrophotometry and GC-MS, the mechanism of Ag/B synergy can be clarified. To reveal the active site on the surface of the photocatalysts, the adsorption and conversion of the reactants will be studied by the 13C and 17O in-situ solid state NMR techniques, which can be used to track the pathway of photocatalytic oxidation of VOCs, such as alkene, carboxylic acid, and aldehyde. Based on the intermediates and products observed in the in-situ NMR experiments, the transition states of the reaction can be studied by theory calculations, which will reveal the molecular-level mechanism of the catalytic reactions on the (Ag, B)-codoped TiO2. All these findings are expected to be the basis for designing new TiO2-based photocatalytic materials with high activity and good stability.
(Ag,B)共掺杂TiO2是一类新型的光催化材料,其在可见光和太阳光下均表现出良好的光催化活性。本项目拟采用先进的固体NMR技术(多量子、双量子和双共振等技术)结合其它实验手段和量化计算研究该催化剂中活性Ag/B物种的微观结构、分布及其形成机制。结合紫外-可见分光光度法和GC-MS技术探索不同微观结构对光催化性能的影响机制,明确活性物种Ag/B在光催化反应过程中的协同机制。利用原位固体核磁共振技术跟踪有机小分子催化氧化反应历程,观测反应物的在催化剂表面的吸附和转化,揭示催化反应活性位点;结合实验所观测到的中间体以及产物对反应过渡态进行理论计算,从分子水平上阐明(Ag,B)共掺杂TiO2上光催化反应的机理,揭示催化剂活性增强的微观本质,为合成活性高、稳定性好的TiO2光催化材料提供依据。

结项摘要

本项目中(Ag, B)共掺杂TiO2是一类新型的光催化材料,其在可见光和太阳光下均表现出良好的光催化活性。我们采用了先进的固体NMR技术(多量子、双量子和双共振等技术)结合其它实验手段和量化计算研究该催化剂中活性Ag/B物种的微观结构、分布及其形成机制。结合紫外-可见分光光度法和GC-MS技术探索不同微观结构对光催化性能的影响机制,明确活性物种Ag/B在光催化反应过程中的协同机制。不但如此,通过研究还发现间隙位B元素掺杂可以稳定和调节TiO2催化剂表面层的Ti3+物种,使得该催化剂在光解水制备氢气的反应中具有极高的活性。利用原位固体核磁共振技术跟踪了光解水制备氢气反应中,甲醇和水的反应历程,观测了这些反应物的在催化剂表面的吸附和转化,揭示了TiO2光催化剂的活性位点;结合实验所观测到的中间体以及产物对反应过渡态进行理论计算,从分子水平上阐明了TiO2上光催化反应的机理,揭示催化剂活性增强的微观本质,为合成活性高、稳定性好的TiO2光催化材料提供依据。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Understanding the High Photocatalytic Activity of (B, Ag)-Codoped TiO2 under Solar-Light Irradiation with XPS, Solid-State NMR, and DFT Calculations
利用 XPS、固态 NMR 和 DFT 计算了解太阳光照射下 (B, Ag) 共掺杂 TiO2 的高光催化活性
  • DOI:
    10.1021/ja312205c
  • 发表时间:
    2013-01-30
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Feng, Ningdong;Wang, Qiang;Deng, Feng
  • 通讯作者:
    Deng, Feng
Formation of Subnanometer Zr-WOx Clusters within Mesoporous W-Zr Mixed Oxides as Strong Solid Acid Catalysts for Friedel-Crafts Alkylation
介孔 W-Zr 混合氧化物中亚纳米 Zr-WOx 簇的形成作为傅克烷基化的强固体酸催化剂
  • DOI:
    10.1021/jp4119088
  • 发表时间:
    2014-03-27
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Li, Sha;Zhou, Hui;Fan, Jie
  • 通讯作者:
    Fan, Jie

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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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