基于多物理场互耦合的连续流动光电催化制碳氢燃料研究

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基本信息

  • 批准号：
    51906199
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    刘亚
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    E0603.传热传质学
  • 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

Photoelectrochemical hydrocarbon fuel generation technology can store solar energy in chemical fuels and enable the recycling of carbon dioxide. Its efficient, stable and continuous flow operation is of great significance. Due to the different spatial and temporal scales of multi-physics-fields, and the gas/liquid two-phase flow at the local environment of reaction interface, this technology belongs to a common technical challenges of interdisciplinary fields. Applicant and his colleagues have previously established a photocatalytic multiphase continuous flow hydrogen production system, and developed the theory and method of multiphase flow energy storage and conversion for photocatalytic hydrogen production. Based on this, this project proposes a studying on the coupling of multi-physics-fields with different time and space scales, and aims to build a continuous flow photocatalytic hydrocarbon fuel system. We hope this project will reveal the mechanism of energy flow and mass flow transmission in the reaction system, reveal the multi-physics-fields coupling relationship of different time and space scales, form the building theory of continuous flow photoelectrochemical hydrocarbon fuel generation system, and realize efficient, stable and continuous flow photoelectrochemical hydrocarbon fuel generation. The results of this project will promote the integration of energy and related disciplines and make up for the “shortcomings” in the field of photoelectrochemical hydrocarbon fuel generation.
光电催化制碳氢燃料技术能够将太阳能存储在稳定的化学能中，并实现二氧化碳的资源化再利用，其高效、稳定、连续流动运行具有重要意义。由于涉及不同时空尺度的多物理场互耦合，且反应界面局部环境为气液两相流，该技术属于多个基础学科领域交叉的共性难题。申请人及合作者前期已构建了光催化多相流连续制氢系统，发展了光催化制氢的多相流能质传输集储与转化理论及方法。基于此，本项目拟通过不同时空尺度的多物理场互耦合研究，构建连续流动光电催化制碳氢燃料系统。通过本项目的研究，可揭示反应体系内能量流和物质流的传输强化机制，探明不同时空尺度的多物理场耦合匹配关系，形成连续流动光催化制燃料体系的构建理论，继而实现高效、稳定、连续流动光电催化制碳氢燃料的目的。研究结果将促进能源与相关学科知识的融会贯通，弥补光电催化制碳氢燃料研究领域内的“短板”。

结项摘要

本项目围绕光电催化制碳氢燃料领域内基础和应用研究，提出了通过不同时空尺度的多物理场互耦合研究，构建连续流动光电催化制碳氢燃料系统，揭示反应体系内能量流和物质流的传输强化机制，探明不同时空尺度的多物理场耦合匹配关系，形成连续流动光催化制燃料体系的构建理论，继而实现高效、稳定、连续流动光电催化制碳氢燃料的研究目的。通过项目的实施，本项目在理方面，构建了CO2还原反应界面多物理场分析模型，并从CO2稀物质传递场、支撑反应液流场、反应体系电势场等全面分析了CO2还原反应体系内能量损失，揭示强化光电催化CO2还原反应体系能量流和物质流的方法，拓展了光电催化CO2还原反应体系能量有序转化理论的应用。在技术方面，本项目还自主设计并搭建了平板光电催化CO2还原反应装置，完成了技术推广应用前的技术验证。基于以上研究成果，发表第一标注SCI论文4篇，第三标注SCI论文1篇，第二标注EI论文1篇（已接收未出版），授权发明专利4项；完成5项本科毕设设计，10名硕士和博士研究生正在开展太阳能制碳氢燃料相关研究工作。本项目全面开展了既定研究计划，并完实施过程中依据课题进展情况作了一些拓展研究，完成了研究目标。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
On factors limiting the performance of photoelectrochemical CO2 reduction
光电化学CO2还原性能的限制因素研究
  • DOI：
    10.1063/1.5141390
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Chemical Physics
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Liu Ya;Guo Liejin
  • 通讯作者：
    Guo Liejin
Scale Effect on Producing Gaseous and Liquid Chemical Fuels via CO2 Reduction
通过二氧化碳还原生产气态和液态化学燃料的规模效应
  • DOI：
    10.3390/en15010335
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Energies
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Ya Liu;Dan Lei;Xiaoqi Guo;Tengfei Ma;Feng Wang;Yubin Chen
  • 通讯作者：
    Yubin Chen
Construction of Z-Scheme In2S3-TiO2 for CO2 Reduction under Concentrated Natural Sunlight
Z型In2S3-TiO2的构建，用于在集中自然阳光下还原二氧化碳
  • DOI：
    10.14102/j.cnki.0254-5861.2021-0046
  • 发表时间：
    2022-01-13
  • 期刊：
    CHINESE JOURNAL OF STRUCTURAL CHEMISTRY
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Liu, Ya;Yu, Fangbo;He, Guiwei
  • 通讯作者：
    He, Guiwei
Photoelectrochemical technology for solar fuel generation, from single photoelectrodes to unassisted cells: a review
用于太阳能燃料发电的光电化学技术，从单光电极到无辅助电池：综述
  • DOI：
    10.1007/s10311-021-01364-y
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Environmental Chemistry Letters
  • 影响因子：
    15.7
  • 作者：
    Liu Ya;Bai Shengjie;Wang Feng;Chen Yubin
  • 通讯作者：
    Chen Yubin
Tandem Electrocatalytic CO2 Reduction with Efficient Intermediate Conversion over Pyramid-Textured Cu-Ag Catalysts
通过金字塔结构的 Cu-Ag 催化剂进行串联电催化 CO2 还原和高效中间转化
  • DOI：
    10.1021/acsami.1c08688
  • 发表时间：
    2021-08-18
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Liu, Ya;Qiu, Haoran;Ager, Joel W.
  • 通讯作者：
    Ager, Joel W.

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其他文献

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  • 作者：
    胡胜利;刘亚;唐成龙;吴长军;王建华;苏旭平
  • 通讯作者：
    苏旭平

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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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