基于Aurivillius-Sillenite结构光催化材料的性能调控研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51472260
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万
  • 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:
    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

Photocatalysis is one of the major technologies for the energy and environmental fields, involving the production of fuels/chemicals and in the clean-up of hazardous or polluting wastes. However, the performance of photocatalyst is weakened by bulk recombination at large applied potentials. Therefore, attempts were made to increase electron-hole separation in these semiconductors. The 2-D nanosheet structured semiconductors with the Aurivillius-Sillen phases, would be found to be suitable for photocatalytic applications due to their unique layered structure and the existence of a strong electric field between the halide and [Bi2O2]2+ layer in favour of effective separation and diffusion of the electron-hole pair. It draws interest to reveal the relationship between the electron structures, crystal structures and photocatalytic properties as so to direct the research on photocatalysts to achieve high photocatalytic activities. This proposal focuses on (1)tailoring the composition and thereby the band gap of the semiconductors with Aurivillius-Sillen phases by the theoretical calculation.(2) We will tune the microstructures and band structure of the photocatalysts by inducing different ionic coordination polyhedron. The interaction between the ns2np0 electron lone-pair of Bi3+ and different ionic coordination will induce the deformation and polarization, which couples with the internal electric field will affect the band structure and diffusion of the charge carriers. (3)Photocatalytic activities of the as-synthesized samples will be evaluated by photoreduction of CO2 and water splitting. The relationship between the electronic configuration, crystal structure and photocatalytic properties would be set up and revealed.(4) The theoretical calculation and the experimental results will be used to interpret the influence of the ionic coordination polyhedron on the photocatalytic activities of the photocatalysts and to enhance the photocatalytic efficiencies. On the base of investigation of mechanism, novel and highly efficient visible light photocatalysts will be synthesized and applied.
针对光催化材料中光生电子-空穴对容易复合、迁移效率低等容易导致光电转换效率低下的问题,本项目拟以二维超薄Aurivillius-Sillenite结构的光催化材料为研究对象,研究其晶体结构-材料维度-光催化性能三者之间的关系,探索影响光生载流子分离/迁移的内在机制等基础科学问题。具体包括:理论分析计算引入离子配位多面体对材料能带结构和成键机制的影响;制备出具有二维超薄结构的Aurivillius-Sillenite结构的光催化材料,研究离子配位多面体偶极矩极化效应与层间内电场相互协同作用对载流子分离/迁移的影响;对含有不同配位多面体及不同尺度的样品进行光催化性能表征,进而指导合成高效的光催化材料;将实验与理论预测结果相结合,揭示光生载流子在二维超薄Aurivillius-Sillenite结构材料中的分离/迁移规律,深刻认识光电材料中载流子输运的物理机制,实现对高效光催化材料的制备与应用。

结项摘要

提高光催化反应的效率在于解决催化材料中光生电子-空穴对容易复合、迁移效率低等问题,本项目以Aurivillius–Sillenite结构的光催化材料为研究对象,研究其晶体结构-材料维度-光催化性能三者之间的关系,探索影响光生载流子分离/迁移的内在机制等基础科学问题。具体包括以下两个部分:(1)光催化材料的尺度、微观结构调控与光催化性能之间的规律性研究。通过调控合成条件,获得了量子尺寸到亚微米尺寸厚度可调的BiOCl、BiOIO3等具有典型Aurivillius–Sillenite结构的光催化材料。进一步的光解水反应及依赖于牺牲剂的光催化析氢反应结果表明, 通过调控光催化材料的二维厚度,可以调控材料的能带结构和表面性能,为开发新型高效的光催化材料提供了新的思路和实验基础。特别是将具有较大的偶极距的IO3-离子引入到[Bi2O2]2+夹层结构中,使得晶体内部由于正负电荷不对称而产生极性,这种极性结构延<001>方向周期性排列,在材料内部产生了延该方向的极化电场。这种内建电场的强度随着极性结构的增加而增强,即在极化方向上厚度增加,内建电场的强度增强,更加有利于光生载流子的分离,减少了电子和空穴的复合几率,从而提高光催化反应效率。此外,通过对介孔WO3材料的表面氟化处理,基于氟离子较强的电负性,在材料表面形成局部极化场,促进了空穴与电子的分离。空穴氧化OH-产生的活性自由基•OH对苯甲醇进行氧化,使得空穴对苯甲醇的氧化过程转化为间接氧化过程,实现了在水体系中苯甲醇到苯甲醛选择性氧化过程中超高的选择性(~99%)和较高的转化率(~57%)。(2)基于内建电场性质的压电催化性能探究。基于(1)部分的研究工作,发现了卤氧化铋、二硫化钼等材料具有一定的压电响应性,进而分别开展了超声激发MoS2分解水生成氢气,以及超声激发BiOCl压电催化水和氧反应生成H2O2的反应。这种压电效应与催化作用耦合的思想,为半导体催化以及纳米能量转换器件提供了新的解决思路,有望拓宽压电材料在催化领域的应用。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Water-exfoliated MoS2 catalyst with enhanced photoelectrochemical activities
具有增强光电化学活性的水剥离MoS2催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.catcom.2015.07.024
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Catalysis Communications
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Li Xiaoman;Wang Wenzhong;Zhang Ling;Jiang Dong;Zheng Yali
  • 通讯作者:
    Zheng Yali
Facile Modification of Titania with Nickel Sulfide and Sulfate Species for the Photoreformation of Cellulose into Hydrogen
用硫化镍和硫酸盐轻松修饰二氧化钛,将纤维素光重整为氢气
  • DOI:
    10.1002/cssc.201800743
  • 发表时间:
    2018-08-22
  • 期刊:
    CHEMSUSCHEM
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hao, Hongchang;Zhang, Ling;Zeng, Shuwen
  • 通讯作者:
    Zeng, Shuwen
Enhanced Nitrogen Photofixation over LaFeO3 via Acid Treatment
通过酸处理增强 LaFeO3 上的氮光固定
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.7b01912
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Sun Xiang;Jiang Dong;Zhang Ling;Sun Songmei;Wang Wenzhong
  • 通讯作者:
    Wang Wenzhong
Solar-Light-Driven Pure Water Splitting with Ultrathin BiOCl Nanosheets
利用超薄 BiOCl 纳米片进行太阳能光驱动纯水分解
  • DOI:
    10.1002/chem.201503778
  • 发表时间:
    2015-12-07
  • 期刊:
    CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zhang, Ling;Han, Zhongkang;Sun, Songmei
  • 通讯作者:
    Sun, Songmei
Efficient Solar-Driven Nitrogen Fixation over Carbon-Tungstic-Acid Hybrids
碳-钨-酸混合物的高效太阳能驱动固氮
  • DOI:
    10.1002/chem.201603277
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Li, Xiaoman;Wang, Wenzhong;Sun, Xiang
  • 通讯作者:
    Sun, Xiang

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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Nash equilibrium strategies for a defined contribution pension management
固定缴款养老金管理的纳什均衡策略
  • DOI:
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  • 作者:
    伍慧玲;张玲;陈华
  • 通讯作者:
    陈华

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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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