多级笼铃结构Bi2WO6-CeO2纳米异质结可控制备及可见光催化降解氰化物性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21467030
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Most recently, a great deal of highly toxic cyanide is present in effluent water of several industries especially in chemical synthesis, mineral processing, electroplating and metallurgy, which is becoming a serious environmental problem. Therefore, cyanide must be destroyed or removed from wastewater prior to discharge. Visible light photocatalytic detoxification of cyanide is a sustainable method as it is driven by naturally available sunlight. However, the reports on visible light photocatalytic mineralization of cyanide are quite rare. The difficulty can be attributed to such reasons. The pKa of HCN is 9.3, and to avoid its volatilization, photocatalysis is to be carried out in a highly alkaline medium. This requires the photocatalyst to be stable in a highly basic medium. The carbon in the cyanide ion is more strongly bound to nitrogen than with atoms in dye molecules. Furthermore, the adsorption of the CN-1 on the photocatalytic surface becomes more difficulty with the increase of negative charge. Herein, photocatalytic removal of cyanide under visible light is still a great challenge. To solve these problems, we chose coupled Bi2WO6-CeO2 to demonstrate our concept and propose a facile generic solvent-induced-assembly strategy to prepare cage-bell nanostructured Bi2WO6@CeO2 heterojunction with high quantum efficiency, high surface areas, high stability, easy recycling and enhanced photocatalytic activity on detoxification of cyanide. The intrinsic ring-shaped microstructure makes multiple reflections of light within the chamber, allowing more efficient use of the light source compared with solid structure. The heterojunction effect can lead to enhanced charge separation and interfacial charge transfer efficiency due to the existence of an internal electric field. Therefore, it exhibits a remarkable photocatalytic detoxification of cyanide and degradation of dye under visible light. The formation mechanism of cage-bell Bi2WO6-CeO2 heterojunction with controlled morphologies and photocatalytic detoxification mechanism of cyanide are also thoroughly researched. The study will provide theoretical guidance and technical support for photocatalytic detoxification of cyanide by CeO2-based heterojunction materials under visible-light.
近年来随着化工、矿业、电镀、冶金等工矿企业的快速发展,产生大量含氰废水,导致氰化物水体污染日益突出。利用太阳能常温常压下可见光催化降解氰化物具有广阔的应用前景。然而,由于HCN的酸度系数(pKa)为9.3,为了避免挥发,光催化剂需要在强碱性环境下保持较好的稳定性;CN-中的C原子与N的结合力远远强于有机染料中C与N的结合力,更难分解;较高的负电荷量导致CN-吸附在催化剂表面的难度增大等问题。因此,可见光催化降解氰化物仍面临巨大的挑战。为解决上述问题,本研究结合异质结和新颖纳微结构的优势,采用溶剂诱导自组装技术合成具有高量子效率、大比表面积、稳定、易回收的多级笼铃结构Bi2WO6@CeO2纳米异质结可见光催化剂。深入探讨其可控合成机制及可见光催化降解氰化物机理。为CeO2类纳米异质结材料可见光催化降解氰化物提供理论指导和技术支持。

结项摘要

利用太阳能可见光催化还原氰化物及高价态的重金属Cr具有广阔的应用前景。然而,由于HCN的酸度系数(pKa)为9.3,为了避免挥发,光催化剂需要在强碱性环境下保持较好的稳定性;CN-中的C原子与N原子的结合力远远强于有机染料中C与N的结合力,更难分解;较高的负电荷量导致CN-吸附在催化剂表面的难度增大等问题。因此,可见光催化降解氰化物仍面临巨大的挑战。为解决上述问题,本研究结合异质结和新颖纳微结构的优势,分别合成了纳微中空核壳结构Bi2WO6-CeO2、CeO2@TiO2、自掺杂SnS、CeO2@g-C3N4可见光催化剂,对合成产物的相组成、形貌、结构进行了分析表征。在光照60 min内, CeO2@Bi2WO6可将CN-1从原来的4.78mM迅速降解到0.08mM,去除率高达98.3%;TiO2@CeO2在90 min内使得氰离子的浓度由初始的4.70 mM降至0.18 mM,降解率达到96.17%,这两个样品都表现出良好的可见光催化性能。同时采用比表面光电压、ATR-原位红外光谱、非原位XRD和拉曼技术分析样品的光催化机理。其高效降解的原因是此材料独特的内部中空结构使得光线多次反射,提高光能利用率,同时由于该材料异质结的存在使得电荷分离率和界面电子转换效率提高。上述研究为CeO2类纳米异质结材料可见光催化降解氰化物及高价态重金属Cr的还原提供了理论指导和技术支持。同时,深入研究了材料的形成机制与纳微结构控制原理;系统研究材料的合成条件、组成、形貌及微观结构与光催化性能的关系,为该类材料的研究开发提供实验和理论基础。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Accurate hierarchical control of hollow nanocube Pd/CeO2 catalysts forthe low-temperature oxidation of CO
中空纳米立方Pd/CeO2催化剂CO低温氧化的精确分级控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Catalysis Communications
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    郭洪
  • 通讯作者:
    郭洪
Controlled assemble of hollow heterostructured g-C3N4@CeO2 with rich oxygen vacancies for enhanced photocatalytic CO2 reduction
具有丰富氧空位的空心异质结构g-C3N4@CeO2的受控组装用于增强光催化CO2还原
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2018.11.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mengfang Liang;Timur Borjigin;Yuhao Zhang;Beihong Liu;Hui Liu;Hong Guo
  • 通讯作者:
    Hong Guo
Z-Scheme Au@Void@g-C 3 N 4 /SnS Yolk–Shell Heterostructures for Superior Photocatalytic CO 2 Reduction under Visible Light
Z-Scheme Au@Void@g-C 3 N 4 /SnS 蛋黄-壳异质结构可实现可见光下卓越的光催化 CO 2 还原
  • DOI:
    doi:10.1021/acsami.8b09455
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Mengfang Liang;Timur Borjigin;Yuhao Zhang;Hui Liu;Beihong Liu;Hong Guo
  • 通讯作者:
    Hong Guo
Hierarchical hollowTiO2@CeO2 nanocube heterostructures for photocatalytic detoxification ofcyanide
分层空心TiO2@CeO2纳米立方异质结构用于氰化物光催化解毒
  • DOI:
    10.1039/c4ra13898h
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    郭洪
  • 通讯作者:
    郭洪
Morphology-controlled construction of hierarchical hollow hybrid SnO2@TiO2 nanocapsules with outstanding lithium storage
形态控制的分层空心杂化 SnO2@TiO2 纳米胶囊的结构,具有出色的锂存储能力
  • DOI:
    10.1038/srep15252
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhou Linzong;Guo Hong;Li Tingting;Chen Weiwei;Liu Lixiang;Qiao Jinli;Zhang Jiujun
  • 通讯作者:
    Zhang Jiujun

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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    中国科学技术大学学报, 36(1): 122-124, 2006(国内核心期刊)
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    郭洪;胡源*;宋磊;陈祖耀
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  • 作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    习杨;周锐;郭洪;胡勤芹;方六
  • 通讯作者:
    方六

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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