晶面/缺陷调控羟基自由基生成增强卤氧化铋光催化矿化NOx分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878424
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1005.空气污染控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The applicant have recently found the significant enhancement of reactivity and selectivity for the photocatalytic mineralization of NOx over (010) surface of BiOCl experimentally. On the basis of the exploration, the present project aims to solve the two key scientific issues for the extended BiOX (X=Cl, Br or I) class, including light-induced reactivity oxygen species formation and adjustment, and the reaction rate and selectivity of the NOx mineralization. The proposal will optimize the synthesis process systematically and establish the relationship between local structures consisting of preferable terminated surface and defects and the capacity of NOx mineralization. Based on the first principles calculations, altogether with experimental characterizations, the local geometric structure, band structure and effective mass of electrons will be investigated systematically for a range of surfaces exposed and defects contained. The atomistic mechanism for the preferable generation of hydroxyl radicals through light-induced holes and electrons trapping by H2O or O2 will also be investigated. By using the first principles calculation, in-situ DRIFTS and GAS-MASS comprehensively, the active sites, oxidation reaction path, reaction rate and production distribution for NOx mineralization will be illustrated. Combining the results of chemical and geometrical structure, the generation and adjustment of reactive oxygen species and the characteristics of NOx oxidation, the NOx mineralization oriented design of BiOX materials will be established at atomistic level, which could provide theoretical basis for the development of promising photocatalytic technology for NOx removal.
申请者前期发现BiOCl(010)晶面暴露对其光催化NOx矿化活性和选择性有显著增强。在此基础上,本项目将拓展到BiOX(X=Cl、Br、I),针对光激发活性氧物种生成与调控、NOx矿化反应速率与选择性分子机制两个关键科学问题,系统优化材料制备工艺条件,建立晶面/缺陷微观结构-NOx矿化性能关系。采用第一性原理计算模拟与实验结合,确定不同晶面/缺陷BiOX的微观几何结构、禁带结构及电荷有效质量;揭示材料结构与反应条件调节O2与H2O捕获光生载流子选择性生成羟基自由基的分子机制;综合运用计算模拟、原位红外与气质联用方法,明确NOx氧化活性位、反应路径、控制步骤、反应速率及产物分布特征;综合化学组成、几何结构、活性氧物种形成与调控、NOx氧化反应特点,从分子水平阐明光催化NOx矿化对BiOX材料设计的要求,为开发高活性、高选择性和低毒副产物生成的光催化去除NOx技术提供理论支撑。

结项摘要

目前光催化降解技术仍然存在光吸收波长范围窄、光生载流子分离效率低、光催化反应效率低等问题。本课题采用密度泛函理论计算和原位红外等手段,研究了BiOCl催化剂晶面与掺杂对光催化条件下载流子分离、活性氧物种生成与NO氧化活性改善与毒副产物抑制。通过杂原子掺杂、复合物构建等改性手段开发了具有合适禁带宽度、高效光生载流子分离率的半导体光催化剂。具体而言,将Mn、P掺杂后窄化了氯氧化铋的禁带宽度,拓宽了其光吸收范围;杂化态引起中间能级促进光生电子跃迁,提高了光生载流子分离效率。掺杂还可以增大比表面积,增强光催化材料表面对水分子的吸附能力、弱化了H-O键,提高活性物种的生成数量。碳化钨和氯氧化铋复合成 n-n 型二元光催化剂能够高效降解磺胺甲噁唑。碳化钨和氯氧化铋都呈2D层状结构,碳化钨的引入减少了氯氧化铋薄片的团聚,并提供更多反应位点,吸收更多光能参与光催化反应。氯氧化铋的功函数高于碳化钨,光照后形成一个从碳化钨指向氯氧化铋的内部电场,促进电子的定向迁移。而一步水热合成法制备的Mn3O4/BiOCl 异质结光催化剂,Mn3O4纳米颗粒成功沉积导致表面氧空位的增加,表现出优异的 NO2抑制能力,Mn3O4和BiOCl之间形成的Z型异质结促进了O2·-和OH·自由基的生成,在光照射下可将气相NO氧化为NO3 -,实现了气相NO的高效矿化脱除。本项目研究成果为以BiOCl为基础的稳定廉价催化剂研发和污染物高效降解提供了新思路,对光催化活性氧物种的生成调控与污染物反应分子机制的探索丰富了光催化理论。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
WC/BiOCl binary composite photocatalyst for accelerating interfacial charge separation and sulfamethoxazole degradation
WC/BiOCl二元复合光催化剂加速界面电荷分离和磺胺甲恶唑降解
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.151201
  • 发表时间:
    2021-09-13
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Cao, Jinyan;Jing, Yue;Cen, Wanglai
  • 通讯作者:
    Cen, Wanglai
Study on the effective removal of NO by light-driven N-BiOCl
光驱动N-BiOCl有效去除NO的研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2022.125422
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Jiaxiu Guo;Ting Shen;Juan Liang;Shulin He;Yue Jing;Yinghao Chu;Wanglai Cen
  • 通讯作者:
    Wanglai Cen
Cu supported on polymeric carbon nitride for selective CO2 reduction into CH4: a combined kinetics and thermodynamics investigation
聚合氮化碳负载铜选择性 CO2 还原为 CH4:动力学和热力学相结合的研究
  • DOI:
    10.1039/c9ta05112k
  • 发表时间:
    2019-07-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Li, Jieyuan;Yan, Ping;Dong, Fan
  • 通讯作者:
    Dong, Fan
Quantifying the activation energies of ROS-induced NOx conversion: Suppressed toxic intermediates generation and clarified reaction mechanism
量化 ROS 诱导的 NOx 转化的活化能:抑制有毒中间体的生成并阐明反应机制
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122026
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Jieyuan Li;Ruimin Chen;Wanglai Cen;Ping Yan;Kanglu Li;Peng Wang;Song Shu;Yinghao Chu;Fan Dong
  • 通讯作者:
    Fan Dong
Facile synthesis of Mn-doped BiOCl for metronidazole photodegradation: Optimization, degradation pathway, and mechanism
用于甲硝唑光降解的锰掺杂 BiOCl 的简便合成:优化、降解途径和机制
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.125813
  • 发表时间:
    2020-11-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Cao, Jinyan;Li, Jianjun;Cen, Wanglai
  • 通讯作者:
    Cen, Wanglai

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  • 发表时间:
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    吴忠标
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  • DOI:
    --
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    2016
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    方辉

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炭材料空位、氮掺杂和受限空间协同催化氧化SO2机理研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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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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