半导体等离激元增强型纳米催化剂的合成及性能研究

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基本信息

项目摘要

Coupling solar energy into heterogeneous catalytic reactions by the utilization of hybrid nanocatalysts containing both strong surface plasmon and abundant catalytic active sites is an effective way to improve the reaction efficiency and save traditional energy. Compared with those based on plasmonic noble metal which are under extensive research nowadays, hybrid nanocatalysts based on self-doping semiconductor possess not only lower costs, but also various plasmon types and tunable plasmon energy. However, the research on self-doping semiconductor/metal hybrid nanocatalysts is now limited by some serious problems, including the plasmons are easily destroyed during the deposition of metal catalysts and the high-efficient loading of metal catalyst on semiconductors is difficult. To overcome these problems, we propose a new synthetic strategy, in which the catalytic metal is first in situ grown on a template and the template is metallized subsequently, to prepare self-doping semiconductor/catalytic metal hybrid nanocatalysts which contain both strong semiconductor plasmon and abundant catalytic active sites, and control the energy of plasmon and the distribution, size, morphology of catalytic metal. Further, the influence of energy and hot carrier transfer between semiconductor plasmon and metal catalyst on the catalytic properties of different hybrid nanocatalysts will be also studied through electrochemical, spectroscopy methods and model reactions. Finally, the hybrid nanocatalysts will be optimized to couple more clean solar energy into chemical reactions and improve the reaction efficiency more effectively.
利用表面等离激元增强型复合催化剂将太阳能耦合进异相催化反应,是提高反应效率和节约传统能源的有效途径。与目前广泛研究的贵金属表面等离激元增强型催化剂相比,自掺杂半导体等离激元增强型催化剂不仅成本较低,而且等离激元类型多样、能量可调,但是其合成中面临着自掺杂半导体表面等离激元易被破坏、难实现催化活性材料的高效负载等问题。为此,本项目提出先在模板上原位还原沉积催化活性材料再将模板等离激元化的策略,来合成兼具强半导体等离激元和丰富金属催化活性位点的复合催化剂,并实现对复合催化剂中等离激元能量及贵金属分布、尺寸、形貌的控制。在此基础上,进一步通过电化学、光谱、模型反应等手段研究自掺杂半导体等离激元与金属催化剂之间的能量与载流子转移对催化性能的影响规律,实现对复合催化剂的优化,从而能够更有效地将太阳能引入到催化反应中,达到利用清洁的太阳能来提高化学反应效率的目的。

结项摘要

借助于由等离激元材料和催化剂材料组成的纳米复合催化剂,可以利用太阳能来提升催化反应的效率,从而节约传统能源。本项目主要研究了氧化物半导体等离激元/金属复合催化剂的合成,以及在电催化析氢、对硝基苯酚还原等模型反应中光照对复合催化剂性能的增强规律,在此基础上分析了复合催化剂中氧化物等离激元对金属催化中心的影响机制。首先,在二氧化硅牺牲层保护下通过还原PtOx/TiO2制备了Pt/Ti4O7复合催化剂,发现较小的TiO2颗粒尺寸和较高的还原温度有助于得到具有强等离激元特性的Ti4O7,而二氧化硅牺牲层的存在能够抑制高温下Pt的熟化长大,从而实现了Ti4O7与Pt的有效结合。催化反应结果表明光照(>420纳米)能够增强复合催化剂在碱性条件下的电催化析氢性能,反应过电势从250毫伏降为235毫伏,通过不同波长光照下的测试发现Ti4O7的带间吸收对增强起主要作用;其次,通过还原预先制备的镍钒双金属氢氧化物钼酸盐制备了不含贵金属元素的MoNi4/V2O3复合催化剂,发现光照能够增强复合催化剂在中性条件下的电催化析氢性能,反应过电势从292毫伏降为184毫伏,通过测试MoNi4/V2O3复合催化剂在非光照和光照下的阿伦尼乌斯曲线,发现反应活化能从非光照时的36.77千焦/摩尔降低为光照时的29.95千焦/摩尔,表明光照下V2O3等离激元不仅能够通过光热效应提高反应界面的温度,而且能够通过热电子转移效应改变MoNi4的电子结构,从而降低反应能垒;最后,通过还原预先制备的钼酸镍前驱体,制备了MoNi4/MoO2复合催化剂,发现光照下MoO2等离激元也能提升MoNi4催化硼氢化钠还原对硝基苯酚反应的效率,反应活化能从非光照时的28.03千焦/摩尔降低为23.59千焦/摩尔。本项目的研究拓展了半导体等离激元增强型催化剂的合成方法,对研究等离激元增强各类催化反应具有广泛的借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Self‐Supporting Ni‐M (M = Mo, Ge, Sn) Alloy Nanosheets via Topotactic Transformation of Oxometallate Intercalated Layered Nickel Hydroxide Salts: Synthesis and Application for Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction
通过金属氧酸盐插层层状氢氧化镍盐的拓扑转化制备自支撑Ni-M(M = Mo、Ge、Sn)合金纳米片:电催化析氢反应的合成及应用
  • DOI:
    10.1002/admi.201901949
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Zhengzhe Xie;Yu Zou;Liujun Deng;Jiang Jiang
  • 通讯作者:
    Jiang Jiang
Morphology and composition-controllable synthesis of copper sulfide nanocrystals for electrochemical reduction of CO2 to HCOOH
用于电化学还原 CO2 为 HCOOH 的硫化铜纳米晶的形貌和成分可控合成
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2020.128919
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Junheng Chen;Yanyan Tu;Yu Zou;Xiaohong Li;Jiang Jiang
  • 通讯作者:
    Jiang Jiang
Plasmonic-redox controlled atom transfer radical polymerization
等离子体氧化还原控制的原子转移自由基聚合
  • DOI:
    10.1039/d1cc03179a
  • 发表时间:
    2021-08-03
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Guo, Yuyang;Zou, Yu;Jiang, Jiang
  • 通讯作者:
    Jiang, Jiang

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邹彧的其他基金

顺磁性金属离子掺杂的双功能CuInS2纳米晶的合成及性质研究
  • 批准号:
    51202283
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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