InxGa1-xN纳米线电极的构筑及其光催化分解水制氢研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51402249
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 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:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

InxGa1-xN alloys are very promising for solar water splitting because the bandgap can be tuned from the ultraviolet (UV) to the near-infrared region by increasing the indium content, thus covering the entire solar spectrum. Moreover, nanowires (NWs) are known to accommodate lattice mismatch by lateral elastic relaxation which suppresses the formation of defects. The objective of the current research is to develop high quality InxGa1-xN NWs with tunable band gap and to setup photo-electrode systems with highest photoelectrochemical (PEC) conversion efficiencies. InxGa1-xN NWs will be prepared using Vapor-Liquid-Solid based chemical vapor deposition (VLS-CVD). To obtain high crystalline quality InxGa1-xN NWs, optimum growth conditions of VLS-CVD will be determined by changing substrates, V/III gas ratio, temperatures, source precursors, catalytic metal seeds, etc. The microstructure of the InxGa1-xN NWs will be examined by SEM/EDS, FTIR, Raman, XRD, TEM, PL, and UV-vis for compositions, growth directions, morphologies, crystalline defects, band gap, etc. The PEC properties of the InxGa1-xN NWs electrodes will be tested by J-V, i-t, CV, EIS under illuminations for water splitting. The relationship will be correlated between the growth methods, structures, and the PEC properties. The fundamental scientific and technological issues will be addressed, including (1) Understanding VLS-CVD growth mechanism for ternary InxGa1-xN NWs and identifying the control step of the InxGa1-xN NWs growth on different substrates; (2) Design and application of suitable substrates for n- and p-type InxGa1-xN NWs respectively, so that photon-excited electron-hole pair can be effectively separated; (3) Determination of the control step for the redox reactions on the surface of the InxGa1-xN NWs during the water splitting process.
InxGa1-xN有望成为一种新型光催化分解水的制氢材料。本项目拟利用纳米线的尺寸效应,制备带隙可大范围调控的高晶体质量InxGa1-xN纳米线,实现对太阳光全波段的有效吸收和可见光催化分解水制氢。重点研究VLS-CVD法制备InxGa1-xN纳米线的工艺,分析VLS-CVD制备三元InxGa1-xN纳米线的机理,确定不同基底上的VLS-CVD制备关键工艺参数,控制InxGa1-xN纳米线的成分、取向、形貌、和内部晶体缺陷密度。构筑多种金属(半导体)/InxGa1-xN纳米线光催化电极,有效抑制光生电子-空穴的复合,增强光催化分解水的量子转换效率。深入研究纳米线光催化电极的构-性关系,并进一步探明各种关键性结构因素对光催化分解水制氢特性的影响及作用机制。本课题的相关研究对推进我国新一代光催化材料快速发展提供重要的理论指导和技术支撑。

结项摘要

InxGa1-xN材料具有光分解水制氢功能,其带隙可大范围调控,比表面积高,载流子输运快,且对基底的晶格匹配要求低,有望真正实现对太阳光全波段的有效吸收和转化,在解决能源和环境问题方面有着重要的应用前景。本项目首次提出了包括钛和钽在内的新型衬底用于InxGa1-xN纳米线生长,通过对金属钛片和钽片衬底进行预处理,利用VLS-CVD法直接在金属衬底上合成了带隙可调控的高晶体质量InxGa1-xN纳米线,构筑了衬底和InxGa1-xN纳米线能级匹配的两种新型光催化异质结电极:Ti/TiO2-TiN/InxGa1-xN纳米线和Ta/TaN/Ta2N/Ta3N5/InxGa1-xN纳米线,有望改善载流子在基底/纳米线界面的传输特性,促进光生电子-空穴的分离,大幅度提高光催化分解水制氢效率。同时探明了电极的关键性VLS-CVD制备参数:..金属钛片的表面预处理条件为900℃下氮气(200sccm)和氢气 (200sccm)环境下处理半小时,能够获得致密的包含TiN、TiNO0.28、TiO2的中间层。当使用金属镓和铟作为金属源,金镍合金作为催化剂,预处理钛片表面能在温度为700℃、腔压小于260pa的条件下生成InxGa1-xN纳米线; ..金属钽片的表面预处理条件为阳极氧化(H2SO4:H2O:HF=95:4:1,80V ,2分钟)结合高温氨化(950°C并保温2小时),能够获得致密的中间层,其组织包含Ta3N5、TaN、Ta2N三种结构。当衬底温度为800℃、腔压大于2000pa时,采用乙酰丙酮镓和乙酰丙酮铟作为金属源、镍或金镍合金作为催化剂,在预处理的钽片表面上能够生成生长方向为<1¯100>InxGa1-xN纳米线,且InN沿着纳米线生长方向上有富集。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Effects of benzotriazole on the magnesium phosphate coating
苯并三唑对磷酸镁涂层的影响
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2015.10.087
  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zuo Juan;Guo Fen;Zhu Junqiu;Hu Yanling;Lin Changjian
  • 通讯作者:
    Lin Changjian
Preparation of hierarchically porous carbon spheres by hydrothermal carbonization process for high-performance electrochemical capacitors
水热碳化法制备高性能电化学电容器用分级多孔碳球
  • DOI:
    10.1007/s10800-018-1146-x
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Applied Electrochemistry
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Xiangjun Lu;Chunhai Jiang;Yangling Hu;Haichang Zhong;Yang Zhao;Xuecheng Xu;Hengzhou Liu
  • 通讯作者:
    Hengzhou Liu
ZnO/ZnGaNO heterostructure with enhanced photocatalytic properties prepared from a LDH precursor using a coprecipitation method
采用共沉淀法由LDH前驱体制备的具有增强光催化性能的ZnO/ZnGaNO异质结构
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2017.02.124
  • 发表时间:
    2017-06-30
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Hu, Yan-Ling;Wu, Zhi;Fu, Yongsheng
  • 通讯作者:
    Fu, Yongsheng

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其他文献

不同养分管理对东北东部半山区地下饮用水硝态氮的影响
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  • 作者:
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    郑立

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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

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          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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