TiO2/H2O/空气O2光催化氧化降解有机污染物的速率限制步骤

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21777167
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    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 primary oxidative species in photocatalytic degradation of organic pollutants in aqueous environment is photo-induced hole and hydroxyl radical generated from surface-adsorbed H2O in metal oxide semiconductors such as TiO2, ZnO and WO3 in H2O/air or O2 medium. It was often considered the main pathways for these species attacking pollutants was through diffusion-controlled mechanism and was difficult to differentiate the related radical reaction pathways by kinetic isotope effects (KIE). This research is based on the pre-study of using polar, non-polar and hydrophobic organic aromatic pollutants hydroxylation as the model oxidation reaction, synthesizing partial deuterated substrates in aromatic ring, studying the relation between substrate polarity and 1,2-NIH shift (1, 2- neighboring group induced hydrogen shift effect);studying the relation between the inverse H/D kinetic isotope effect (inverse H/D KIE) in C-H/D bond in hydroxylation and substrate polarity and metal oxide semiconductor surface polarity, and the influence of solvent, dissolved dioxygen and conductive-band electron sacrificial reagents to the rate-determination step of oxidation. And low-temperature ESR (4K) and ATR-FTIR technique would follow the decay kinetics of OH radical adduct. The conclusion of this research would change the past understandings of diffusion-controlled mechanism for photocatalytic oxidation, and provide mechanistic evidences for modifying and controlling metal oxide photocatalyst to degrade organic pollutants especially non-polar and hydrophobic substrates in aqueous solution.
金属氧化物如TiO2、ZnO和WO3等在H2O/空气O2介质中,光生空穴及其与表面吸附H2O产生的OH自由基,是光催化降解水中有机物污染物的初始氧化物种。过去总认为这些物种的进攻是扩散控制步骤,难以用动力学同位素效应(H/D KIE)等手段区分。本项目分别以极性不同的各种有机芳香污染物羟基化反应为模型氧化反应,合成环上部分氢被氘取代的底物,研究环上C-H/D键在羟基化中出现逆动力学同位素效应(inverse H/D KIE)与底物极性的关系;研究1,2-NIH shift (1,2-氢迁移效应)的对应关系;以及溶液条件对氧化侧是否是限速步的影响;用低温(4K)ESR和ATR-FTIR跟踪OH自由基加合物的衰减动力学。本项目研究结论将改变过去对光催化氧化一侧不分底物对象笼统概括成扩散控制的片面认识,对修饰、控制氧化物光催化剂降解水中有机污染物,特别是非极性和憎水性强的有机物提供机理上的依据。

结项摘要

本项目研究了芳香类污染物的吸附特性对其光催化羟基化反应决速步的影响,揭示了羟基化过程出现的逆动力学同位素效应与底物极性的关系;研究了无质子存在下TiO2光生电子捕获的微观过程,发现了一个与质子型牺牲剂体系完全不同的表观现象,阐明了光催化光生电子捕获机理;发现了光催化反应过程中存在的Ti-H关键中间物种,揭示其影响反应速率的机理与调控机制;设计了光催化高效断裂C-X、C-S键及活化C-C键等多种新功能体系。研究结果为揭示光催化反应机理及设计新型光催化材料与体系提供了理论支撑。在Sci. China Chem.、Appl. Catal. B: Environ.、J. Phys. Chem. Lett.、Commun. Chem.等国际SCI期刊上发表相关论文6篇,培养博士研究生3名。.

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
All at once arrangement of both oxygen atoms of dioxygen into aliphatic C(sp(3))-C(sp(3)) bonds for hydroxyketone difunctionalization
双氧的两个氧原子同时排列成脂肪族 C(sp(3))-C(sp(3)) 键以进行羟基酮双官能化
  • DOI:
    10.1007/s11426-020-9949-7
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science China Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiao Xiaofeng;Lin Yuhan;Li Jiazhen;Ma Wanhong;Zhao Jincai
  • 通讯作者:
    Zhao Jincai
Fundamental Flaw in the Current Construction of the TiO2 Electron Transport Layer of Perovskite Solar Cells and Its Elimination
钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层现有结构的根本缺陷及其消除
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c09742
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yan Yan;Liu Cheng;Yang Yi;Hu Guoxiang;Tiwari V;ana;Jiang De-en;Peng Wei;Jha Ajay;Duan Hong-Guang;Tellkamp Friedjof;Ding Yong;Shi Weidong;Yuan Shouqi;Miller Dwayne;Ma Wanhong;Zhao Jincai
  • 通讯作者:
    Zhao Jincai

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其他文献

新型污染物多溴联苯醚和氰尿酸的光化学降解
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵丹
TiO2光催化降解氯酚类有机污染物的反应机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵进才
铁配合物的环境光化学及其参与的环境化学过程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Progress in Chemistry
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    王兆慧;宋文静;马万红;赵进才
  • 通讯作者:
    赵进才
不同溴源制备铁掺杂BiOBr及其可见光光催化活性研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄应平

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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

        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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