Operando同步辐射技术研究光电催化剂表面水分解机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11875257
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A30.核技术及其应用
  • 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 use of "artificial photosynthesis" of solar water splitting to convert the solar energy into the clean chemical energy of hydrogen is one of the important routes to solve the current worldwide energy and environment issues. To achieve this goal, it is firstly necessary to understand the physical and chemical mechanisms of solar water splitting..In this proposal, we aim to develop the operando synchrotron radiation experimental technique of liquid soft X-ray absorption spectroscopy (XAS) in combination of the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) (XAS-EIS) at the Hefei Synchrotron Radiation Light Source. Moreover, we also endeavor to further develop the data analysis method of the real space multiple scattering theory for the low dimensional systems. Taking use of these experimental and theoretical methods, we will focus on the important physical and chemical process of solar water splitting at the surface of the new type of low dimensional photocatalysts of metallic single site/semiconductor nano-arrays composites under the real-time dynamic conditions. We will put emphasis on the electronic structure and geometry variation of the surface active centers, water dissociation path on the catalyst surface in the reaction process and the inherent mechanism of water photolysis reaction. By means of the first-principles calculations, we will clarify the relationship between the composition, structure and catalytic activity of the photocatalyst. The obtained results will provide some theoretical and experimental foundation for the design and synthesis of novel high-performance transition-metal based photocatalytic water decomposition materials.
通过太阳能光解水的“人工光合作用”将太阳能转换为清洁的氢能是解决当今世界能源和环境问题的重要途径之一,为此必须深入了解光解水过程的微观机理。本项目拟基于合肥同步辐射光源建立液相原位软X射线吸收谱学(XAS)与电化学阻抗谱(EIS)联用的operando实验方法。并进一步发展用于低维材料体系的实空间的多重散射理论数据分析方法,围绕过渡金属单位点负载氧化物半导体纳米阵列新型光电催化剂表面水分解这一重要的物理化学过程开展工作状态下的原位实时动态研究,重点揭示催化剂表面反应活性中心的原子和电子结构、水分子的电子结构和几何结构在水解离过程中的变化规律以及推断光生载流子在催化剂表面的分离和转移路径,从原子分子水平上认识光电解水反应的内在机理,阐明催化剂的组成、结构与活性之间的关系,为设计合成新型廉价稳定高效的光电化学水分解材料提供实验基础和理论依据。

结项摘要

依托同步辐射光源,研制了适合于光电化学反应测试的operando XAS-EIS实验装置,并对该原位实验装置的各项性能指标进行优化,探索了适合于金属单位点负载纳米阵列光电化学水分解过程研究的最佳参数。以金属氧化物纳米管和纳米片等纳米阵列为模板,优化光化学生长条件,在纳米阵列基底上优化制备出一系列稳定的过渡金属负载的单位点/纳米阵列结构光电催化剂材料。利用原位同步辐射技术探测工作状态下新型复合低维光电催化剂的水分解的反应过程,获取光电催化剂表面及其界面的结构信息,同时结合第一性原理计算分析水分解的反应路径,从实验和理论两方面深入认识金属单位点负载纳米阵列结构光电化学水分解反应机理。依托本项目发展原位同步辐射XAS测试平台一套,发表SCI论文19篇,申请或授权国家发明或实用新型专利3件。获得安徽省自然科学一等奖1项。依托本项目共培养五名博士研究生毕业。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Reduced interfacial tension on ultrathin NiCr-LDH nanosheet arrays for efficient electrocatalytic water oxidation
降低超薄 NiCr-LDH 纳米片阵列的界面张力,实现高效电催化水氧化
  • DOI:
    10.1039/d1ta03863j
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhang Xiuxiu;Sun Xuan;Li Yuanli;Hu Fengchun;Xu Yanzhi;Tian Jie;Zhang Hui;Liu Qinghua;Su Hui;Wei Shiqiang
  • 通讯作者:
    Wei Shiqiang
Dynamic Evolution of Solid-Liquid Electrochemical Interfaces over Single-Atom Active Sites
单原子活性位点固液电化学界面的动态演化
  • DOI:
    10.1021/jacs.0c04231
  • 发表时间:
    2020-07-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Su, Hui;Zhou, Wanlin;Liu, Qinghua
  • 通讯作者:
    Liu, Qinghua
Operando Insight into the Oxygen Evolution Kinetics on the Metal-Free Carbon-Based Electrocatalyst in an Acidic Solution
Operando 深入了解酸性溶液中无金属碳基电催化剂的析氧动力学
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b09315
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Xu Zhao;Hui Su;Weiren Cheng;Hui Zhang;Wei Che;Fumin Tang;Qinghua Liu
  • 通讯作者:
    Qinghua Liu
Valence-variable thiospinels for ampere-scale water electrolysis
用于安培级水电解的变价硫尖晶石
  • DOI:
    10.1039/d2cy01371a
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Catalysis Science & Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Shuowen Bo;Fumin Tang;Hui Su;Xiuxiu Zhang;Feifan Yu;Wanlin Zhou;Meihuan Liu;Weirn Cheng;Juguang Han;Qinghua Liu
  • 通讯作者:
    Qinghua Liu
Hetero-N-Coordinated Co Single Sites with High Turnover Frequency for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution in an Acidic Medium
具有高转换频率的杂氮配位钴单位点,用于在酸性介质中高效电催化析氧
  • DOI:
    10.1021/acsenergylett.9b01129
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    ACS ENERGY LETTERS
  • 影响因子:
    22
  • 作者:
    Su, Hui;Zhao, Xu;Liu, Qinghua
  • 通讯作者:
    Liu, Qinghua

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其他文献

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  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘庆华

其他文献

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COx小分子碳循环界面过程的原位红外谱学研究
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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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