V族二维材料/碳氮纳米片的构筑及其可见光催化还原性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51778295
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    江芳
  • 依托单位：
    南京理工大学
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Two-dimensional (2D) materials of group-V elements/carbon-nitrogen nanosheets composite photocatalysts will be employed for photocatalytic hydrogen evolution and nitrogen fixation in this project. The formation mechanisms of 2D group-V elements/ carbon-nitrogen nanosheets, such as phosphorene, arsenene, antimonene, will be investigated. The formation mechanisms of new bonds and the alteration of the interaction will be explored via altering interaction between 2D group-V elements and carbon-nitrogen nanosheets. The morphology, chemical structure, band structure and charge mobility will be studied through the characterization of physical, chemical and photoelectric properties. In addition, the correlation between the properties of photocatalysts and photocatalytic reduction efficiency will be investigated. The reaction pathways and mechanisms of photocatalytic hydrogen evolution and nitrogen fixation on 2D group-V elements/ carbon-nitrogen nanosheets will be illustrated. In summary, this project will not only provide a useful guidance for the design of 2D group-V elements with high visible light photocatalytic efficiency, but also have positive meaning on broadening the application of photocatalytic technology and offer a novel method to solve the energy problem by exploring photocatalytic hydrogen evolution and nitrogen fixation.
本课题拟构筑V族二维材料/碳氮纳米片体系，并将其用于可见光催化产氢和固氮。研究磷烯、砷烯和锑烯等V族二维材料与碳氮纳米片的构筑机理；通过调变V族二维材料与碳氮纳米片间的相互作用力，探讨复合材料构筑过程中的作用力变化和新键形成机理；对V族二维材料/碳氮纳米片进行物化特性及光电特性表征，研究其结构形貌、能带结构和电荷迁移率等性质；揭示V族二维材料/碳氮纳米片特性与光催化还原效率间的构效关系；阐明V族二维材料/碳氮纳米片光催化产氢和固氮的反应路径和反应机理。本研究不仅为开发高效的新型V族二维可见光催化材料提供有益指导，而且通过探索其可见光催化产氢和固氮性能，可拓宽光催化技术的研究与应用范畴，同时也为解决当前面临的能源短缺问题提供了一个新的解决思路。

结项摘要

本项目针对V族二维材料的设计和应用，分别制备出石墨烯修饰红磷（xrGORP）、黑磷/氮化碳纳米片、锑纳米片、2D/2D锑纳米片/氮化碳纳米片异质结等催化剂，并将所得催化剂用于可见光催化和电催化固氮。研究结果表明，石墨烯的引入使得rGORP的可见光吸收能力和光生载流子分离效率得以提升，rGORP的可见光催化固氮效率由此得到提升。在此基础上，进一步通过热固化法使黑磷与石墨相氮化碳纳米片以C-P键复合，这一策略提高了黑磷/氮化碳纳米片的光吸收能力，且石墨相氮化碳的π共轭体系被C-P键破坏，使得价带电子更易被激发，使得该催化剂的固氮速率达到了347.5 μmol L−1 h−1。针对另一种V族元素Sb，通过酸剥离法制得锑纳米片，硫酸可使锑层剥离，且其强氧化性使Sb层边缘被氧化；此外，剥离过程形成的孔道结构为N2吸附提供了通道，将Sb片用于电催化固氮时，NH3产率为2.08 μg h-1cm-2，相应的法拉第效率为14.25%。此外，利用一步化学剥离法制备锑纳米片/氮化碳纳米片复合催化剂，并研究了该催化剂对大肠杆菌的光催化灭菌性能及机理。结果表明，光生空穴可直接参与反应，使大肠杆菌的膜通透性被破坏，并快速释放出总糖、蛋白质、K+、Na+等物质，4.55 log10(cfu·mL-1)的大肠杆菌在2h后即可被彻底清除。本项目获得的一系列V族二维材料/石墨相氮化碳纳米片复合材料可为二维材料的设计制备提供借鉴，该类催化剂在光催化/电催化固氮中的应用结果可为催化固氮技术的发展提供技术支持。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
In-situ self-sacrificial fabrication of lanthanide hydroxycarbonates/graphitic carbon nitride heterojunctions: nitrogen photofixation under simulated solar light irradiation
原位自牺牲制备镧系羟基碳酸盐/石墨氮化碳异质结：模拟太阳光照射下的氮光固定
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2018.04.157
  • 发表时间：
    2018-09-01
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Feng, Xiangwen;Chen, Huan;Wang, Xin
  • 通讯作者：
    Wang, Xin
甲壳素复合石墨相氮化碳的制备及光催化杀菌性能
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    环境化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    余致汐;贺南南;陈欢;江芳
  • 通讯作者：
    江芳
Sulfur-doped g-C3N4 nanosheets with carbon vacancies: General synthesis and improved activity for simulated solar-light photocatalytic nitrogen fixation
具有碳空位的硫掺杂 g-C3N4 纳米片：模拟太阳光光催化固氮的一般合成和改进活性
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2018.07.116
  • 发表时间：
    2018-12-01
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Cao, Shihai;Fan, Bin;Wang, Xin
  • 通讯作者：
    Wang, Xin
Metal-free 2D/2D heterojunction of covalent triazine-based frameworks/graphitic carbon nitride with enhanced interfacial charge separation for highly efficient photocatalytic elimination of antibiotic pollutants
共价三嗪基框架/石墨碳氮化物的无金属二维/二维异质结，具有增强的界面电荷分离，可高效光催化消除抗生素污染物
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2020.122204
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Cao Shihai;Zhang Yu;He Nannan;Wang Jing;Chen Huan;Jiang Fang
  • 通讯作者：
    Jiang Fang
One-pot fabrication of a double Z-scheme CeCO3OH/g-C3N4/CeO2 photocatalyst for nitrogen fixation under solar irradiation
一锅法制备双 Z 型 CeCO3OH/g-C3N4/CeO2 太阳光固氮光催化剂
  • DOI：
    10.1039/c9cy00281b
  • 发表时间：
    2019-06-07
  • 期刊：
    CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Feng, Xiangwen;Chen, Huan;Wang, Xin
  • 通讯作者：
    Wang, Xin

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    --
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  • 通讯作者：
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  • 通讯作者：
    江芳
电离层O~+83.4nm日辉辐射传输特性研究
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    2020
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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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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