面向能源转换与存储的新型氧化物纳米阵列的设计合成

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21473004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    100.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0204.胶体与界面化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Considering the exhausting fossil fuel resources and the increasing environmental consideration, the development of environmentally friendly, renewable energy resources and advanced energy storage technologies has attracted significant attention throughout the world. The nanostructure arrays of metal oxides have shown great potential in technologically important, energy conversion and storage fields including solar cells and lithium ion batteries. The fabrication of nanostructure arrays of metal oxides with rationally designed morphologies and architectures, which can exhibit superior performance of photoelectric conversion or lithium storage, may provide a feasible strategy to solve the current energy and environmental problems. This project will be focused on the rational design and controlled synthesis of a variety of metal oxide nanostructure arrays with novel morphologies and architectures, which is aimed at advanced photoanode materials for sensitized mesoscopic solar cells with enhanced photoelectric conversion performance and superior anode materials for lithium ion batteries with improved lithium storage performance. Various synthetic strategies based on solution chemistry will be used to realize the facile and effective synthesis of novel nanostructure arrays of metal oxides, such as porous nanowire arrays, unique nanosheet arrays, hierarchical structures consisting of nanowires and/or nanosheets, and composite nanostucture arrays made of a metal oxide and an accompanying substance. The obtained nanoarray structures will be employed to construct sensitized mesoscopic solar cells and lithium ion batteries, and the corresponding photoelectric conversion performance and lithium storage performance will be investigated in detail. It is expected that this research would lead to the realization of some unique nanoarrays of metal oxides with superior performance, and shed some new light on the relationship between the morphology/architecture of the nanostructure arrays and their performance in energy conversion and storage.
随着化石燃料的逐渐枯竭及环境问题的日益加剧,开发清洁环保的新型可再生能源和先进储能技术成为当前国际社会亟待解决的热点问题。氧化物纳米阵列结构在太阳能电池和锂离子电池这两个重要的能源转换与储存领域都展示了广阔的应用前景,设计合成具有特定形貌构造和优异光电转换性能或储锂性能的新型氧化物纳米阵列结构可望成为解决当前能源和环境问题的一个有效方案。本项目将以敏化太阳能电池光阳极材料和锂离子电池负极材料的性能优化为导向,设计若干结构新颖的氧化物纳米阵列结构(如多孔纳米线阵列和纳米片阵列、多级有序纳米阵列结构以及复合纳米阵列结构等),并充分利用各种简便易行的溶液化学制备手段来实现其可控合成。利用所制得的氧化物纳米阵列作为新型电极材料来构筑敏化太阳能电池和锂离子电池,深入研究其光电转换性能和储锂性能,获得一些具有优异性能的氧化物纳米阵列,并初步揭示纳米阵列的形貌和构造对相关性能的影响规律。

结项摘要

氧化物纳米阵列结构在能源转换与储存领域有着广阔的应用前景,设计合成具有特定形貌构造和优异光电转换性能或储锂性能的新型氧化物纳米阵列结构可望成为解决当前能源和环境问题的一个有效方案。本项目以光电转换材料和储锂材料的性能优化为导向,设计合成了若干结构新颖且性能优异的氧化物纳米阵列结构,并初步揭示了纳米阵列的形貌和构造对其性能的影响规律。主要取得了以下研究进展:(1) 设计合成了若干具有优异储锂性能的新型氧化物纳米阵列。利用水热生长与化学刻蚀相结合的方法合成了自支撑的α-Fe2O3介晶纳米棒阵列结构,它表现出优异的高倍率性能和循环稳定性;通过水热生长和原位转化制备了多级有序的三维结构泡沫铜@FeOx纳米阵列电极,它因较高的活性物质负载量而呈现出显著提高的面积比容量;通过溶剂热生长与电化学沉积相结合的方法制备得到三维结构的泡沫石墨@SnO2纳米棒@聚苯胺复合材料,它构成了一类具有优异高倍率性能的新型一体化电极。(2) 设计合成了若干具有优异光电化学分解水性能的新型氧化物纳米阵列。通过在锐钛矿型TiO2纳米碗阵列的内表面生长金红石型TiO2纳米棒阵列,制备得到结构新颖的异质结构TiO2纳米棒@纳米碗阵列,它呈现出优异的光电化学分解水性能;将CdS纳米棒直接生长于SnO2纳米碗内部形成了多级有序的CdS纳米棒@SnO2纳米碗阵列,它表现出了显著增强的光电化学产氢能力;还通过前体转化法制备了结构新颖且具有较高光电化学分解水性能的α-Fe2O3纳米片阵列。(3) 设计合成了可用于制备性能优异的敏化太阳能电池和光电探测器的新型纳米阵列结构。基于拓扑转化原理合成了具有(001)暴露面的锐钛矿TiO2介晶纳米片阵列,以其作为光阳极所构筑的染料敏化太阳能电池获得了高达8.9%的光电转化效率;利用胶体球刻蚀方法制备了大面积高质量的钙钛矿CH3NH3PbI3纳米网及纳米碗阵列,以该纳米网制备的光电探测器表现出了优异的光电性能。此外,在方解石单晶微透镜阵列的可控制备和金纳米箭头超晶体的可控组装等方面也取得了重要进展。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(19)
专利数量(1)
Heterostructured TiO2 Nanorod@Nanobowl Arrays for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting
用于高效光电化学水分解的异质结构 TiO2 纳米棒@Nanobowl 阵列
  • DOI:
    10.1002/smll.201503553
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    SMALL
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Wang Wenhui;Dong Jingya;Ye Xiaozhou;Li Yang;Ma Yurong;Qi Limin
  • 通讯作者:
    Qi Limin
Recent advances in antireflective surfaces based on nanostructure arrays
基于纳米结构阵列的抗反射表面的最新进展
  • DOI:
    10.1039/c4mh00140k
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Materials Horizons
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Cai Jinguang;Qi Limin
  • 通讯作者:
    Qi Limin
Mesocrystalline TiO2 nanosheet arrays with exposed {001} facets: Synthesis via topotactic transformation and applications in dye-sensitized solar cells
具有暴露的{001}面的介晶TiO2纳米片阵列:通过拓扑转化合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用
  • DOI:
    10.1007/s12274-017-1463-0
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    NANO RESEARCH
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Yanhe;Cai Jinguang;Ma Yurong;Qi Limin
  • 通讯作者:
    Qi Limin
Hierarchical CdS Nanorod@SnO2 Nanobowl Arrays for Efficient and Stable Photoelectrochemical Hydrogen Generation
分层CdS纳米棒@SnO2纳米碗阵列用于高效稳定的光电化学产氢
  • DOI:
    10.1002/smll.201801352
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Wang Wenhui;Jin Can;Qi Limin
  • 通讯作者:
    Qi Limin
Facile synthesis of mesocrystalline SnO2 nanorods on reducedgraphene oxide sheets: an appealing multifunctional affinity probe forsequential enrichment of endogenous peptides and phosphopeptides
在还原氧化石墨烯片上轻松合成介晶 SnO2 纳米棒:一种有吸引力的多功能亲和探针,用于连续富集内源肽和磷酸肽
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    ACS Appl. Mater. Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Wen Ma;Feng Zhang;Liping Li;Shuai Chen;Limin Qi;Huwei Liu;Yu Bai
  • 通讯作者:
    Yu Bai

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  • 通讯作者:
    齐利民
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    李澄;齐利民
  • 通讯作者:
    齐利民
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    齐利民

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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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