量子点敏化半导体/石墨烯复合纳米材料的光催化特性及机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21273047
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    崔晓莉
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    B0205.电化学
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The design and preparation of semiconductor photocatalysts is one of the key issue for the photocatalytic water splitting for hydrogen evolution. In this project, we propose firstly to prepare nanocomposites such as carbon quantum dots (CQDs)/TiO2/reduced graphene oxide/metallic nanoparticles and CQDs/CdS/reduced graphene oxide/metallic nanoparticles. Their visible-light driven water splitting for photocatalytic hydrogen production, the photoelectrochemical properties and mechanism will be investigated. We will prepare size-controlled CODs by electrochemical methods and to synthesize CQDs/TiO2/reduced graphene oxide nanocomposites by sol-gel or hydrothermal approaches. The photocatalytic activity of hydrogen evolution will be detected using a gas chromatograph for the powder nanocomposite. Besides, thin film electrodes of the nanocomposites will be assembled with controllable nanostructure by dip-coating technique. The photocatalytic and photoelectrochemical conversion and charge transfer mechanism for the composites film electrodes will be declared in combining with electrode surface analysis. The doping of nitrogen into TiO2 and the upconversion luminescence properties of CQDs will promise to harness the use of the full spectrum of sunlight. The presence of reduced graphene oxide can dramatically improve photoinduced charge transfer performance and inhibit the charge recombination. The metallic nanoparticles can enhance surface chemical reaction rate. Thus, the efficiency of the photocatalytic hydrogen production can be improved for such nanocomposites. This study will provide novel information to understand the mechanism and new photocatalysts with high efficiency in the application of visible-light-driven water splitting for hydrogen evolution and other areas.
太阳能光催化分解水制氢的一个关键问题是半导体光催化材料的设计与制备。本项目在前期研究碳、氮掺杂纳米TiO2的基础上，提出制备碳量子点修饰半导体TiO2（CdS）/石墨烯（金属纳米粒子）复合新材料并研究其光催化制氢与光电化学特性和反应机理。通过电化学方法制备尺寸可控的碳量子点，利用溶胶-凝胶、水热法制备碳量子点/TiO2(CdS) /石墨烯(金属纳米粒子)复合材料并测试粉体材料光催化产氢活性。通过浸渍-提拉与组装方法制备结构可控的复合纳米结构薄膜电极，结合表面分析研究碳量子点/TiO2（CdS）/石墨烯复合薄膜电极的光电转换及电荷传输机理和能级关系。利用N元素掺杂、碳量子点的光转换特性实现光的广谱吸收；而石墨烯能大幅度提高光生电荷的传输能力，抑制光生电荷复合，利用金属纳米粒子的修饰提高表面反应速率，达到提高光催化制氢效率的目的。研究新型功能复合材料在可见光光电催化制氢等方面的应用。

结项摘要

氢能清洁无污染，太阳能光解水制氢是具有重大意义的研究课题，其中关键的问题是半导体光催化剂的设计与制备，较高的光吸收特性、快速的光生载流子分离以及界面反应是提高光催化活性的关键。.本项目围绕量子点敏化以及元素掺杂提高TiO2对光的吸收，引入石墨烯提高载流子的分离等方面开展了系列研究工作。通过阳极氧化的方法制备TiO2纳米管，研究了碳（硅，CdS）量子点敏化的TiO2以及C掺杂的TiO2电极的光分解水特性，其中碳量子点敏化的TiO2的研究论文被国内外学者图文亮点引用。.利用水热方法制备了TiO2与石墨烯的复合材料并研究了其光解水制氢特性，当RGO含量为0.2 wt%复合材料可以达到43.8μmol h-1的产氢效率，是P25的1.6倍。 研究了水热方法制备碳点-P25以及新的TiNxOy材料的光催化特性等。.发展了一种制备氧化物半导体的全新的实验方法-火焰辅助热解方法，该方法无能耗无废液排放，可用于制备金属元素（Fe， Mn）修饰的TiO2、Ti3+自掺杂的TiO2和TiO2-SiO2的复合材料，还利用火焰辅助热解方法制备了Ta2O5，Nb2O5等氧化物并探索验证了其在光催化制氢、染料敏化太阳能电池以及锂电储能等方面的应用。.依托该项目发表SCI研究论文16篇，其中国际学术期刊发表13篇，被引用100余次，申请国家发明专利5项，获授权2项，培养博士、硕士研究生8人。

项目成果

期刊论文数量（17）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（15）
专利数量（0）
Enhanced photoelectrochemical water splitting from Si quantum dots/TiO2 nanotube arrays composite electrodes
Si量子点/TiO2纳米管阵列复合电极增强光电化学水分解
  • DOI：
    10.1016/j.materresbull.2015.02.003
  • 发表时间：
    2015-06
  • 期刊：
    Materials Research Bulletin
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Cui, Xiaoli;Hao, Hongchen;Lu, Ming;Lin, Yuehe
  • 通讯作者：
    Lin, Yuehe
Facile flame thermal synthesis of SiOx-C/ TiO2 microspheres with enhanced photocatalytic performance
轻松火焰热合成具有增强光催化性能的 SiOx-C/ TiO2 微球
  • DOI：
    10.1088/2053-1591/1/2/025502
  • 发表时间：
    2014-04
  • 期刊：
    Mater. Res. Express
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Li Hui;Ma Xiaoqing;Cui Xiaoli
  • 通讯作者：
    Cui Xiaoli
A Facile and Waste-Free Strategy to Fabricate Pt-C/TiO2 Microspheres: Enhanced Photocatalytic Performance for Hydrogen Evolution
一种简便且无废物的 Pt-C/TiO2 微球制备策略：增强光催化析氢性能
  • DOI：
    10.1155/2014/414281
  • 发表时间：
    2014-08
  • 期刊：
    International Journal of Photoenergy
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Li, Hui;Zhang, Xiaoyan;Cui, Xiaoli
  • 通讯作者：
    Cui, Xiaoli
Facile preparation of Ti3+ self-doped TiO2 microspheres with lichi-like surface through selective etching
通过选择性刻蚀轻松制备具有类荔枝表面的 Ti3 自掺杂 TiO2 微球
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2016.04.001
  • 发表时间：
    2016-07
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Lee, Jordan;Cui, Xiaoli
  • 通讯作者：
    Cui, Xiaoli
Needle-shaped 3D dye-sensitized solar cells using anodized Ti wire and Pt nanoparticle/carbon fiber electrodes
使用阳极氧化钛丝和铂纳米粒子/碳纤维电极的针状3D染料敏化太阳能电池
  • DOI：
    10.1016/j.jpowsour.2012.09.009
  • 发表时间：
    2013-02
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    Sun, Mingxuan;Cui, Xiaoli
  • 通讯作者：
    Cui, Xiaoli

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  • 通讯作者：
    崔晓莉
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    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    崔晓莉;那仁满都拉;孙志芬;李文通
  • 通讯作者：
    李文通

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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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