Cu2O基异质结光阴极高效光电催化还原CO2与作用机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21905063
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0902.碳基能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Photo-electro catalyze CO2 conversion to fuels and high value-added chemicals under solar irradiation is one of the most promising ways to address energy shortages and excessive CO2 emissions. The competition of hydrogen evolution reaction severely hampers the efficiency of photo-electro catalytic CO2 reduction reaction in water-containing system. The general photo-catalyzed CO2 reduction system with p-type or n-type semiconductor as photocathode is still limited due to the poor selectivity, low visible light utilization and low efficiency. This project will propose to systematically develop a new type of Cu2O-based heterogeneous p-n junction semiconductor as photocathode. Through rational design and controllable preparation of vertically ordered Cu2O-based composites with the high catalytic activity and visible-light performance as photocathode to further build the highly efficient photoelectrocatalytic CO2 reduction system. From the theoretical level, this project will study the synergistic mechanism of photochemical and electrochemical catalytic CO2 reduction; In addition, this project will also from the technical level to develop highly visible light utilization, efficient selective and high catalytic CO2 reduction activity of Cu2O-based heterogeneous p-n junction semiconductor. The purpose of this study is to provide practical support and theoretical insight for the design and construction of high-efficiency photoelectrocatalytic CO2 reduction catalyst.
利用太阳能还原CO2为燃料和高附加值化学品,是有效解决能源危机和温室效应的路径之一。而水相光电催化CO2还原反应中,析氢反应的竞争严重制约了光电催化CO2还原反应效率。本项目主要针对水相催化CO2还原反应体系中的单一半导体光阴极材料弱可见光响应、低催化活性和低选择性这一关键科学问题。拟通过理性设计与可控制备Cu2O基p-n结复合材料,通过调控其带隙和优化特定界面电子结构,以增加催化反应活性位点,并提高电子传递的效率,从而构建高效光电催化CO2还原光阴极。进一步通过理论计算从分子层面上系统研究Cu2O基光阴极材料在光催化、电催化及光电催化还原CO2反应体系中的催化规律,阐明其光电催化CO2还原的协同增效机理;从实验技术层面上,实现构建可见光利用率高的光电催化CO2还原光阴极,以期高效且选择性催化CO2还原,最终为设计制备高效光电催化CO2还原催化剂提供实践支持和理论依据。

结项摘要

本项目主要针对水相催化CO2还原反应体系中的单一半导体光阴极材料弱可见光响应、低催化活性和低选择性这一关键科学问题。开展了高性能且高选择性的过渡金属氧化物异质结材料的设计与制备技术研究:如Cu2O/α-Fe2O3/g-C3N4基异质结复合材料,通过调控其带隙和优化特定界面电子结构,以增加催化反应活性位点,并提高电子传递的效率,从而构建高效光电催化CO2还原光阴极。.其中,制备的Bi和α-Fe2O3共同修饰的ZnO纳米棒阵列Bi@ZFO NTs做光阴极选择性光电催化CO2还原为HCOOH,法拉第效率达到61.2%,起始电位为-0.53 V vs RHE,Tafel斜率 101.2 mV dec-1。我们继续在上一个工作的基础上通过电沉积法构建了Cl离子修饰的Cu2O/ZnO异质结材料,其在-0.3 V vs. RHE的电压下,催化CO2还原为CH4的法拉第效率达到88.6%,在5小时以上的电解实验中保持高稳定性。.项目通过理论计算从分子层面上系统研究光阴极材料在光催化、电催化及光电催化还原CO2反应体系中的催化规律,阐明其光电催化CO2还原的协同增效机理。在高效光电催化CO2还原催化剂设计与应用、阐明催光阴极-CO2分子构效关系、调控还原产物选择性方面取得了系列成果。同时拓展了相关材料多功能应用领域、如:光电/电催化制氢/制氧、光电催化四环素降解。项目实施期间超额完成项目预期目标,以第一作者和通讯作者身份总共发表高水平论文7篇。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
CH3OH selective oxidation to HCHO on Z-scheme Fe2O3/g-C3N4 hybrid: The rate-determining step of C-H bond scission
Z 型 Fe2O3/g-C3N4 杂化物上 CH3OH 选择性氧化为 HCHO:C-H 键断裂的速率决定步骤
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.130086
  • 发表时间:
    2021-05-05
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Huang, Sheng;Zheng, Bang-Feng;Liu, Zhao-Qing
  • 通讯作者:
    Liu, Zhao-Qing
Coupling Magnetic Single-Crystal Co2Mo3O8 with Ultrathin Nitrogen-Rich Carbon Layer for Oxygen Evolution Reaction
磁性单晶 Co2Mo3O8 与超薄富氮碳层耦合用于析氧反应
  • DOI:
    10.1002/anie.202004533
  • 发表时间:
    2020-05-18
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Ouyang, Ting;Wang, Xiao-Tong;Liu, Zhao-Qing
  • 通讯作者:
    Liu, Zhao-Qing
Chlorine anion stabilized Cu2O/ZnO photocathode for selective CO2 reduction to CH4
氯阴离子稳定的 Cu2O/ZnO 光电阴极用于选择性地将 CO2 还原为 CH4
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2022.122035
  • 发表时间:
    2022-10-06
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Guo, Si -Tong;Tang, Zi-Yuan;Liu, Zhao-Qing
  • 通讯作者:
    Liu, Zhao-Qing
1D α-Fe2O3/ZnO Junction Arrays Modified by Bi as Photocathode: High Efficiency in Photoelectrochemical Reduction of CO2 to HCOOH
Bi改性一维α-Fe2O3/ZnO结阵列作为光电阴极:高效光电化学还原CO2为HCOOH
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.2c01509
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    American Chemical Society
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ting Ouyang;Ya-Qian Ye;Chunhui Tan;Si-Tong Guo;Sheng Huang;Rui Zhao;Shenlong Zhao;Zhao-Qing Liu
  • 通讯作者:
    Zhao-Qing Liu
Nanostructures for Electrocatalytic CO2 Reduction
电催化二氧化碳还原纳米结构的最新进展。
  • DOI:
    10.1002/chem.202000692
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemistry - A European Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ouyang Ting;Huang Sheng;Wang Xiao-Tong;Liu Zhao-Qing
  • 通讯作者:
    Liu Zhao-Qing

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其他文献

HuD在N2aAPP细胞和APP_PS1转基因小鼠中的表达
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  • 通讯作者:
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    贺映辉
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    欧阳婷;刘晓慧;任林柱
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    任林柱
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  • DOI:
    10.14107/j.cnki.kzgc.20210055
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    控制工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张会林;欧阳婷;杨海马
  • 通讯作者:
    杨海马

其他文献

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欧阳婷的其他基金

Zn合金管阵列限域效应协同电催化还原CO2制C2H4机制研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
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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

        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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