基于SrTiO3单晶纳米粒子固态Z型体系的定向制备及其光催化分解水研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51802255
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    王斌
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

It is difficult for SrTiO3 to possess wide range light-absorption and provide energetic photo-induced charge carriers to drive water redox process simultaneously, which is the bottleneck for its application in photocatalytic water splitting. To solve this problem, this project proposes to targetedly synthesize solid-state Z-scheme system through directionally doping different facets of SrTiO3 and sequentially depositing solid-state electron mediator (e.g. Au, Ag etc.) and oxygen evolution photocatalyst (OEP, e.g. WO3, BiVO4) on the doped facets. Thus, the hydrogen evolution photocatalyst (HEP, i.e. SrTiO3) and OEP could be properly and tightly coupled via solid-state electron mediator. In this project, we will systemically study the intrinsic relationship between the doped facets of SrTiO3, the size and distribution of electron mediator/OEP and the photocatalytic activities of new Z-scheme system. With these studies, we can reveal the effects of doping elements on the band energy structure of different facts and spatial charges separation in SrTiO3, and elucidate transport mechanism of photo-induced charge carriers through the heterojunction interface between different facets, solid-state electron mediator and OEP. This project would propose a new controllable method for synthesis of photocatalysts with high efficiency. The expected results from these studies will provide theoretical basis and experimental reference for targeted synthesis of high-performance photocatalysts.
SrTiO3光催化材料难以同时具备宽光谱响应和强氧化还原H2O能力，是限制其光解水制氢的瓶颈。针对这一问题，本项目提出通过晶面定向掺杂SrTiO3，并将Au、Ag等固态电子传输介质及WO3或BiVO4等产氧半导体依次沉积在掺杂后SrTiO3的不同晶面，构建固态Z型体系，使产氢半导体（HEP，即SrTiO3）与产氧半导体（OEP，如WO3、BiVO4）通过电子传输介质紧密耦合，实现其可见光分解纯水制氢。系统研究掺杂晶面及SrTiO3不同晶面上电子传输介质/OEP的尺度和分布与其光催化性能之间的内在联系，揭示掺杂元素对SrTiO3晶面能带结构和光生电荷定向分离传输的影响规律，阐明光生载流子在不同晶面-电子传输介质-产氧半导体之间异质结界面处的传输机制及其催化反应动力学过程，建立一种高性能光催化材料的可控合成新方法。研究结果将为定向设计和合成高性能光催化剂提供理论依据和实验参考。

结项摘要

太阳能光催化制氢技术能够以H2O为原料，通过纳米半导体光催化材料吸收太阳光将其分解为H2和O2，把太阳能直接转换为化学能储存于H2中，为解决当前环境污染和能源短缺等问题提供了重要契机。目前制约光催化材料效率不高的原因主要在于光生电荷复合严重和表面催化反应动力学慢。针对该问题，本项目在执行期内围绕钛酸锶等异质结与固态Z型体系光催化材料开展了相关工作，研究了固态Z型体系光催化材料与异质结构筑方法，阐明了其结构、能带、电荷传输与分离对其光催化性能之间的影响规律，揭示了Z型体系光催化材料及异质结界面处能带匹配对光生载流子迁移的定向传输机制，顺利地完成了本项的研究内容和关键问题。

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（0）
专利数量（0）
Phosphorus and Yttrium Codoped Co(OH)F Nanoarray as Highly Efficient and Bifunctional Electrocatalysts for Overall Water Splitting.
磷和钇共掺杂 Co(OH)F 纳米阵列作为全水分解的高效双功能电催化剂
  • DOI：
    10.1002/smll.201904105
  • 发表时间：
    2019-10
  • 期刊：
    Small
  • 影响因子：
    13.3
  • 作者：
    Gengwei Zhang;Bin Wang;Lu Li;Shengchun Yang
  • 通讯作者：
    Shengchun Yang
The "electric-dipole" effect of Pt-Ni for enhanced catalytic dehydrogenation of ammonia borane
Pt-Ni的“电偶极子”效应增强氨硼烷催化脱氢
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.156253
  • 发表时间：
    2020-12-05
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Wang, Bin;Xiong, Laifei;Yang, Shengchun
  • 通讯作者：
    Yang, Shengchun
Neighboring effect induced by V and Cr doping in FeCoP nanoarrays for the hydrogen evolution reaction with Pt-like performance
FeCoP 纳米阵列中 V 和 Cr 掺杂引起的邻近效应用于具有类 Pt 性能的析氢反应
  • DOI：
    10.1039/c9ta12562k
  • 发表时间：
    2020-01
  • 期刊：
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子：
    11.9
  • 作者：
    Laifei Xiong;Bin Wang;Hairui Cai;Tao Yang;Liqun Wang;Shengchun Yang
  • 通讯作者：
    Shengchun Yang
Boosting photocatalytic hydrogen evolution of g-C3N4 catalyst via lowering the Fermi level of co-catalyst
通过降低助催化剂的费米能级促进g-C3N4催化剂的光催化析氢
  • DOI：
    10.1007/s12274-021-3615-5
  • 发表时间：
    2021-07-08
  • 期刊：
    NANO RESEARCH
  • 影响因子：
    9.9
  • 作者：
    Cai, Hairui;Wang, Bin;Yang, Shengchun
  • 通讯作者：
    Yang, Shengchun
Enhanced photocatalytic hydrogen evolution by partially replaced corner-site C atom with P in g-C3N4
通过用 P 部分取代 g-C3N4 中的角位 C 原子增强光催化析氢
  • DOI：
    10.1016/j.apcatb.2018.10.044
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Bin Wang;Hairui Cai;Daming Zhao;Miao Song;Penghui Guo;Shaohua Shen;Dongsheng Li;Shengchun Yang
  • 通讯作者：
    Shengchun Yang

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其他文献

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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    刘亚梅
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  • DOI：
    10.11972/j.issn.1001-9014.2021.06.006
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    红外与毫米波学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    何婉婷;张铂;王斌;孙晓玮;杨明辉;吴晓峰
  • 通讯作者：
    吴晓峰

其他文献

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  • 项目类别：
    青年科学基金项目

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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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