含缺陷绝缘体光催化净化NOx的机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21777011
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0603.大气污染与控制化学
  • 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

The applicants have discovered the interesting phenomena of photocatalysis on insulators with defects. In order to solve the key scientific problems based on this discovery, this proposal tries to realize the control of defect properties for insulators through optimizing the synthesis conditions systematically. The proposal will also investigate the effects of defect types, sites and numbers on the crystal structure, band structure and electronic structure based on first principle calculation method, and then reveal the photocatalysis induced by defects by analyzing the production, transfer and life-time, concentrations and redox behavior of photo-generated charge carriers. Considering the results of light absorption characteristics, transfer and transportation behaviors of photo-generated charge carriers and trapping of reactive radicals, the fundamental of the photocatalysis mechanism of insulators will be revealed. Besides, the light response of the insulators are expected to extend to visible light region to increase the utilization of sunlight via various modification methods. The as-synthesized insulators will be applied in purification of NOx at ppb level. By combination the results of intermediates and final products confirmed by in situ FT-IR spectra, the reaction mechanism of photocatalytic purification of NOx will be elucidated. Based on the results of experimental investigation and theoretical calculation, the relationship between photocatalysts microstructure, defects and photocatalytic activity will be established, which will provide sound technological basis for the future applications in air purification. The present work is expected to open a new research area of photocatalysis with insulators.
申请者在探索中发现了含缺陷绝缘体具有光催化作用的有趣现象。本项目在此基础上针对关若干键科学问题,通过系统优化绝缘体制备工艺条件,实现对绝缘体中缺陷性质的调控;采用第一性原理计算研究缺陷种类、位置和数量对绝缘体晶体结构、禁带结构和电子结构的影响规律,从光生载流子生成转化、浓度及氧化还原行为等角度,揭示缺陷给予绝缘体光催化性能的作用机理。综合光吸收特性、光生载流子迁移转化行为、活性自由基俘获等结果,揭示绝缘体光催化作用的本质;探索运用不同改性方法将绝缘体光催化响应范围拓展至可见光区,增加绝缘体对太阳光的利用率。将绝缘体光催化剂应用于低浓度NOx净化,结合原位红外光谱确定催化剂表面的中间产物和终产物,揭示绝缘体光催化净化NOx的反应机理。综合实验研究与理论计算结果,建立绝缘体微结构、缺陷和光催化性能之间的构-效关系,为其走向空气净化应用提供技术基础。预期本项目可开拓一个绝缘体光催化研究的新领域。

结项摘要

采用化学沉淀法合成了含缺陷的绝缘体,研究了前驱体种类等条件对绝缘体中缺陷的调控。采用实验与理论计算相结合的方法揭示了缺陷给予绝缘体光催化作用的本质原因,确定了缺陷的种类。计算含缺陷的绝缘体的能带结构和电子结构,与无缺陷的绝缘体的理论计算结果对比,揭示了缺陷对绝缘体晶体结构、能带结构和电子结构的影响规律,进而分析了缺陷对光生载流子生成与转化、载流子浓度及氧化还原能力的影响。阐明了金属Ba缺陷在绝缘体光催化作用的机制,为深入认识绝缘体光催化剂提供新的见解。.通过与窄带隙半导体(如BiOI)复合来拓展碳酸盐和硫酸盐绝缘体的光响应范围。采用UV-vis DRS 分析绝缘体的光吸收特性,确定绝缘体光吸收范围拓展的起因;采用光致发光光谱、瞬态光谱和时间分辨荧光光谱等研究绝缘体在紫外光照下载流子的生成、迁移、转化和寿命;通过电子、空穴和其他活性物种的捕获实验确定绝缘体光催化过程中的活性物种,揭示了绝缘体光催化的作用机制。对绝缘体光催化剂进行长时间光照和重复使用,考察了其结构和光催化性能的稳定性。综合材料表征和性能测定结果,建立了绝缘体材料微结构-光催化性能之间的关系。采用原位红外光谱和气质联用仪分析光照过程中催化剂表面和气相中间产物和终产物的浓度和分布,结合光催化过程的载流子的生成转化和自由基俘获结果,综合理论计算的研究结果,阐明了含缺陷的绝缘体光催化氧化NOx的反应机理。.项目负责人以第一或通讯作者在Environmental Science & Technology, Applied Catalysis B: Environmental, ACS Catalysis, Science Bulletin, Chemical Engineering Journal, Chinese Journal of Catalysis, Catalysis Science & Technology等发表标注项目号(21777011)的SCI论文68篇,其中6篇入选ESI高被引论文。在《科学通报》发表中文核心期刊论文3篇。获得2020年教育部自然科学奖二等奖(排1)。

项目成果

期刊论文数量(62)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Enhancing ROS generation and suppressing toxic intermediate production in photocatalytic NO oxidation on O/Ba co-functionalized amorphous carbon nitride
O/Ba共官能化无定形氮化碳光催化NO氧化过程中增强ROS生成并抑制有毒中间体产生
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2018.06.071
  • 发表时间:
    2018-12-05
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Cui, Wen;Li, Jieyuan;Dong, Fan
  • 通讯作者:
    Dong, Fan
Visible light induced electron transfer from a semiconductor to an insulator enables efficient photocatalytic activity on insulator-based heterojunctions
可见光诱导电子从半导体转移到绝缘体,使得基于绝缘体的异质结具有高效的光催化活性
  • DOI:
    10.1039/c8nr03845g
  • 发表时间:
    2018-09-07
  • 期刊:
    NANOSCALE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Wang, Hong;Sun, Yanjuan;Dong, Fan
  • 通讯作者:
    Dong, Fan
Transformation pathway and toxic intermediates inhibition of photocatalytic NO removal on designed Bi metal@defective Bi2O2SiO3
设计Bi金属@缺陷Bi2O2SiO3光催化NO去除的转化途径和有毒中间体抑制
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2018.09.032
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xinwei Li;Wendong Zhang;Jieyuan Li;Guangming Jiang;Ying Zhou;ShunCheng Lee;Fan Dong
  • 通讯作者:
    Fan Dong
Enhanced Photocatalytic VOCs Mineralization via Special Ga-O-H Charge Transfer Channel in α-Ga2O3/MgAl-LDH Heterojunction
通过 α-Ga2O3/MgAl-LDH 异质结中特殊的 Ga-O-H 电荷转移通道增强光催化 VOC 矿化
  • DOI:
    10.1021/acsestengg.0c00194
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    ACS ES&T Engineering
  • 影响因子:
    7.1
  • 作者:
    Peng Chen;Lvcun Chen;Xing’an Dong;Hong Wang;Jieyuan Li;Ying Zhou;Chao Xue;Yuxin Zhang;Fan Dong
  • 通讯作者:
    Fan Dong
Ag/AgCl-LaCO3OH纳米棒可见光催化净化NO的性能 增强及反应机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷奔;孙明禄;冉茂希;李佳芮;陈鹏;高春凤;张育新;张贤明;董帆
  • 通讯作者:
    董帆

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其他文献

(BiO)2CO3和N掺杂(BiO)2CO3分级微球可见光催化氧化NO机理的原位红外光谱研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董兴安;何文杰;王红;孙艳娟;董帆;吴忠标
  • 通讯作者:
    吴忠标
可控合成La(OH)_3纳米球光催化去除NO及其催化性能机制研究
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2017.0228
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘艳;肖香;董帆;盛重义
  • 通讯作者:
    盛重义
K掺杂C3N4的原位合成、禁带结构解析及其可见光催化性能增强机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李欣蔚;张会均;文莉;董帆;岑望来;吴忠标
  • 通讯作者:
    吴忠标
TiO2/g-C3N4在泡沫陶瓷表面的负载及光催化空气净化性能增强
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙艳娟;王瑞;董帆;何詠基;吴忠标
  • 通讯作者:
    吴忠标
Activating palladium nanoparticles via a Mott-Schottky heterojunction in electrocatalytic hydrodechlorination reaction.
在电催化加氢脱氯反应中通过莫特-肖特基异质结激活钯纳米颗粒。
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2019.121876
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    陈敏;舒松;李俊熙;吕晓书;董帆;蒋光明
  • 通讯作者:
    蒋光明

其他文献

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AI技术路线图

董帆的其他基金

层间掺杂碱/碱土金属离子g-C3N4可见光催化去除NOx的性能增强机制
  • 批准号:
    51478070
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高活性原位掺杂(BiO)2CO3分等级微球可见光催化净化室内空气污染的研究
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    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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