基于内建电场三维硅纳米结构的α相三氧化二铁制备及其光催化性能的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51602111
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The increasing serious global power and environmental crisis have become the twomain problems which the human being has to face during the process of continuous development for the society. It is an inevitable tendency to develop a new kind of new energy with good performance, long cycling life, no pollution and low price, therefore looking for a large reserve, clean new energy has risen to the world's agenda. Semiconductor-based solar-driven water splitting has attracted a significant attention over the last years and considered as alternative way to solve these problems.. Wide band-gap metal oxide semiconductors have been extensively explored as water oxidation photocatalysts. Yet, the inability of these materials to absorb light in the visible range of the solar spectrum has greatly limited their water splitting efficiency. As a common and inexpensive semiconductor on earth, hematite has emerged as a promising photoanode for solar water oxidation due to its excellent intrinsic stability, environmental compatibility, and favorable band-gap energy (~1.9-2.3 eV) capable of 12.9-16.8% solar-to-chemical fuel efficiency. However, recent studies have offered little optimism for hematite photoanodes, because low solar-to-chemical conversion efficiencies have only been achieved and large overpotential is needed for water splitting, primarily due to short minority carrier diffusion length, low absorption coefficient, and sluggish oxygen evolution kinetics at hematite surface. Here we aim to develop a new silicon-hematite core-shell structure which is based on build-in electric filed. The function of build-in electric filed and the behavior of short-life carrier will be studied in this project. To realize this goal, we plan to experiment as following: (1) silicon nanowires will be fabricated by metal-catalyzed chemical etching method and hematite coated on SiNWs will be prepared by thermal-decomposition. Then the structure will be optimized to improve the performance of solar-driven water splitting; (2) the build-in electric field will be fabricated by thermal-diffusion and the back layer will be planned to treated by high-concentration Al doping or passivated by aluminum trioxide to from n+pp+ junction or back-passivated pn junction. The effect of build-in electric field will be studied and the system will be optimized according to the experiments. (3) we will try to find a matching photocathode and compose a whole water splitting system with hematite. . To conclude the study,we will solve these problems such as short minority carrier diffusion length, low absorption coefficient, and sluggish oxygen evolution kinetics and develope a build-in electric field based visible light drive water splitting system.
半导体光催化分解水是应对日益严重的能源危机的一种重要方法,三氧化二铁是一种非常有应用前景的光催化剂。但是三氧化二铁固有的电子迁移率低、光生载流子扩散距离短、光吸收系数小等缺陷仍然是实现三氧化二铁光催化分解水技术突破的瓶颈。本项目以硅-三氧化二铁核壳结构为研究对象,采用内建电场的方法,研究内建电场在这种光催化体系中的作用、对载流子行为及反应动力学的影响,得到高效三氧化二铁光分解水体系,同时阐明其作用机制。研究内容包括:(1)硅纳米线模板热分解制备三氧化铁光催化性质的研究;(2)硅纳米线内建电场对三氧化二铁光阳极催化性能的影响;(3)三氧化二铁光催化全分解水的研究。本项目的结果将解决三氧化二铁材料在光催化应用时光吸收差、电荷输运能力差、载流子易复合等缺点,同时构建一个基于硅纳米结构内建电场的光分解水体系,对硅-三氧化二铁复合结构光电化学性质研究提供有益的理论和技术指导。

结项摘要

半导体光催化分解水是应对日益严重的能源危机的一种重要方法,三氧化二铁是一种非常有应用前景的光催化剂。但是三氧化二铁固有的电子迁移率低、光生载流子扩散距离短、光吸收系数小等缺陷仍然是实现三氧化二铁光催化分解水技术突破的瓶颈。本项目以硅-三氧化二铁核壳结构为研究对象,采用内建电场的方法,研究内建电场在这种光催化体系中的作用、对载流子行为及反应动力学的影响,得到高效三氧化二铁光分解水体系,同时阐明其作用机制。.研究内容包括:(1)硅纳米线模板热分解制备三氧化铁光催化性质的研究;(2)硅纳米线内建电场对三氧化二铁光阳极催化性能的影响;(3)三氧化二铁光催化全分解水的研究。本项目的结果将解决三氧化二铁材料在光催化应用时光吸收差、电荷输运能力差、载流子易复合等缺点,同时构建一个基于硅纳米结构内建电场的光分解水体系,对硅-三氧化二铁复合结构光电化学性质研究提供有益的理论和技术指导。.项目实际发表第一标准SCI论文超过20篇,申请发明专利超过10件,参加项目的5名硕士研究生全部按期毕业,项目执行期间共有三名硕士研究生获国家奖学金。.发表在催化领域国际权威期刊《应用催化B》上的《Ultrafine Rh nanocrystals decorated ultrathin NiO nanosheets for urea electro-oxidation》论文主要在碱性介质中,阳极尿素氧化反应(UEOR)是碱性尿素燃料电池,富尿素废水处理和尿素增强水解等过程中关键的半反应之一,因此对UEOR的研究对可持续能源转化和环境保护具有重要的意义。而镍基电催化剂也因其成本低廉,活性和贵金属相当的优势备受关注。该工作采用氰胶-硼氢化钠法以及高温处理成功制备出铑微晶修饰的厚度仅为1.6nm的氧化镍超薄纳米片(Rh-NCs/NiO-NSs)复合电催化剂。Rh-NCs均匀分散在NiO-NSs上,可以显著促进NiIIIOOH活性物种的产生,加速CO分子的氧化,抑制镍基催化剂的中毒现象,促进尿素的电催化氧化。与NiO-NSs相比,Rh-NCs/NiO-NSs表现出更强的电催化活性和高稳定性,成为碱性尿素燃料电池,富尿素废水处理和尿素增强水解等应用中极具潜质的电催化剂。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
ZnS Nanotubes/Carbon Cloth as a Reversible and High-Capacity Anode Material for Lithium-Ion Batteries
ZnS纳米管/碳布作为锂离子电池可逆高容量负极材料
  • DOI:
    10.1002/celc.201801289
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ChemElectroChem
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Huang Lanyan;Zhang Yongguang;Shang Chaoqun;Wang Xin;Zhou Guofu;Ou Jian Zhen;Wang Yichao
  • 通讯作者:
    Wang Yichao
Ultrafine Rh nanocrystals decorated ultrathin NiO nanosheets for urea electro-oxidation
超细Rh纳米晶修饰超薄NiO纳米片用于尿素电氧化
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2019.118567
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ge Ma;Qi Xue;Jingyi Zhu;Xiaoyu Zhang;Xin Wang;Hongchang Yao;Guofu Zhou;Yu Chen
  • 通讯作者:
    Yu Chen
TiVN composite hollow mesospheres for high-performance supercapacitors
用于高性能超级电容器的TiVN复合空心中间球
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/aaed08
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Wei Benben;Shang Chaoqun;Shui Lingling;Wang Xin;Zhou Guofu
  • 通讯作者:
    Zhou Guofu
Vanadium nitride-decorated lotus root-like NCNFs as 3D current collector for Li-S batteries
氮化钒装饰的莲藕状 NCNF 作为锂硫电池的 3D 集流体
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2018.10.106
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Shang Chaoqun;Wei Benben;Zhang Xuzi;Shui Lingling;Wang Xin;Zhou Guofu
  • 通讯作者:
    Zhou Guofu
Modified Si nanowire/graphite-like carbon nitride core-shell photoanodes for solar water splitting
用于太阳能水分解的改性硅纳米线/类石墨碳核壳光阳极
  • DOI:
    10.1016/j.elecom.2017.12.010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Electrochemistry Communications
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Minghui Ning;Zhen Chen;Lin Li;Qingguo Meng;Zhihong Chen;Yongguang Zhang;Mingliang Jin;Zhang Zhang;Mingzhe Yuan;Xin Wang;Guofu Zhou
  • 通讯作者:
    Guofu Zhou

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其他文献

Efficacy of continuous peritoneal lavage for severe acute pancreatitis: a prospective randomized controlled study of 104 cases
连续腹腔灌洗治疗重症急性胰腺炎的疗效:104例前瞻性随机对照研究
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  • 发表时间:
    2007-12-20
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张宏博;刘理礼;孙力;郭长存;张德新;郭学刚;周新民;王建宏;王新;韩英;吴开春;丁杰;樊代明
  • 通讯作者:
    樊代明
升船机船厢防撞装置工作特性原型观测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王新;胡亚安;黄群;马仁超
  • 通讯作者:
    马仁超
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
    刘平;王新;孙新霞;成立国
  • 通讯作者:
    成立国
干气密封断面气膜压力及开启力的
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  • 期刊:
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  • 作者:
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    王新
风云二号卫星在轨辐射定标技术进展
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    气象科技进展
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张志清;陈博洋;张勇;徐娜;冯绚;杨昌军;王新;韩秀珍;李元
  • 通讯作者:
    李元

其他文献

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王新的其他基金

锂硫电池用交联聚合物人工SEI的构筑及保护机制研究
  • 批准号:
    22379047
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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