高效石墨烯基复合光催化材料可控构建及其光催化性能的构效关系研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1463204
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B08.化学工程与工业化学
  • 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

The conversion of solar energy into chemical fuels or high value-added fine chemicals can not only alleviate the energy crisis caused by the shortage of fossil fuels resources, but also provide organic raw materials for the petrochemical industry and its derivative industries, which is of great significance for both of the development of petrochemical industry and the implementation of our national sustainable development strategy. Design and synthesis of graphene-based semiconductor nanocomposite photocatalysts offers a new opportunity for the achievement of solar energy conversion. However, thus far, the knowledge regarding how to controllably optimize and prepare the graphene-semiconductor nanocomposite systems and how to microscopically tune the structure-activity relationship of these photocatalysts is still lacking. This project will launch in-depth study on some key issues, including the controlled preparation and systems optimization of the efficient and stable graphene-based nanocomposite photocatalysts, the improvement of their photocatalytic performance and so forth. We will focus on understanding the structure of materials, reaction mechanism and their relationship with the photocatalytic performance, in order to establish the controllable and scalable synthesis approaches of novel, efficient and stable graphene-based composite photocatalysts from the concept of systems materials engineering, and clarify the structure-activity relationship and the regulative laws for the photocatalysts. The as-prepared graphene-semiconductor nanocomposite photocatalysts will be utilized for photocatalytic hydrogen evolution from water, photocatalytic reduction of carbon dioxide and photocatalytic selective organic transformations, realizing the applications of graphene-based composite materials in the field of petrochemical industry.
将太阳能转化为化学燃料或高附加值的精细化学品,既可缓解因化石燃料资源短缺引起的能源危机,又能为石油化工及其衍生产业提供有机原料,对于石油化工的发展及实现我国可持续发展战略都具有重大意义。设计合成碳基石墨烯-半导体化合物复合型光催化材料为实现太阳能转化提供了新机遇。然而,目前对石墨烯-半导体化合物复合型材料的系统可控优化制备和光催化构效关系的微观调控还很缺乏。本项目拟针对高效稳定型碳基石墨烯复合光催化材料的系统可控优化制备及其光催化反应性能调控等关键问题进行系统深入的研究。亟待从材料结构、反应机理和光催化性能之间的关联等基本科学问题着手,建立基于系统化工程设计理念的新型高效稳定的石墨烯基复合光催化材料的可控规模化制备方法,阐明构效关系和调控规律,并将该类复合材料应用于光解水制氢,光催化还原二氧化碳及光催化选择性有机合成,实现该类碳基石墨烯复合材料在石油化工领域的应用。

结项摘要

该项目旨在对高效石墨烯基复合光催化材料的可控合成、改性及其规模化制备方法展开研究,探究充分发挥石墨烯在复合材料体系中导电特性的策略,阐明光催化剂的微观结构和光催化反应性能的内在构效关系,建立基于石墨烯-半导体复合材料的新型高效光催化反应,并将该类复合材料应用于光催化降解污染物,光解水制氢,光催化还原二氧化碳及选择性有机合成等与石油化工相关的领域中。在该项目的支持下,项目组围绕如何有效利用石墨烯的结构和电子特性,合理挖掘石墨烯的潜力,以及深入探究如何使石墨烯和半导体界面处的电荷分离转移与利用效率达到最优化等关键问题展开。取得的主要进展如下:(1)利用石墨烯独特的二维结构和表面特性,对复合材料的微观结构和形貌进行调控,实现了石墨烯基复合光催化材料的可控合成;(2)通过调节石墨烯材料的尺寸大小,表面性质,前躯体种类等多种策略来提高石墨烯材料的导电性,实现了对复合材料性能的优化;(3)设计构建了三维宏观结构的石墨烯基复合材料,增强其对载流子的分离效率和复合材料的回收利用性能;(4)探究了石墨烯在提升复合材料性能中的作用机制,揭示了石墨烯对复合材料吸附性能,光吸收性质以及传质方面的综合影响;(5)拓展和研究了石墨烯的其他特性,如通过元素掺杂的策略赋予其半导体特性,理论计算与实验相结合揭示了石墨烯作为光敏剂的作用机制,并提出有效提高其光敏化效率的方法。.在项目执行期间,项目组已在Nature Photonics, Nature Communications, Angewandte Chemie, Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Chem, ACS Nano, Chemical Science, Materials Horizons, Nano Today, Small, Journal of Catalysis,Applied Catalysis B, Nanoscale等国际学术期刊上发表SCI论文共计61篇,其中7篇入选Web of Science ESI 0.1%热点论文,16篇入选ESI高被引论文,22篇论文作为杂志封面论文发表,申请中国发明专利18项,其中已授权5项。此外项目负责人徐艺军教授作为主编编写丛书一部,参加国内外学术会议12次,做邀请报告7场,主题报告4场,口头报告1场。

项目成果

期刊论文数量(61)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(12)
专利数量(18)
Decorating geometry- and size-controlled sub-20 nm Pd nanocubes onto 2D TiO2 nanosheets for simultaneous H2 evolution and 1,1-diethoxyethane production
将几何形状和尺寸控制的亚 20 nm Pd 纳米立方体装饰到 2D TiO2 纳米片上,以同时产生 H2 和 1,1-二乙氧基乙烷
  • DOI:
    10.1039/c6ta07853b
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Bo Weng;Quan Quan;Yi-Jun Xu
  • 通讯作者:
    Yi-Jun Xu
Function-Oriented Engineering of Metal-Based Nanohybrids for Photoredox Catalysis: Exerting Plasmonic Effect and Beyond
用于光氧化还原催化的金属基纳米杂化物的功能导向工程:发挥等离激元效应及其他作用
  • DOI:
    10.1016/j.chempr.2018.05.005
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Chem
  • 影响因子:
    23.5
  • 作者:
    Zhang Nan;Han Chuang;Fu Xianzhi;Xu Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Xu Yi-Jun
Origin of Enhancing the Photocatalytic Performance of TiO2 for Artificial Photoreduction of CO2 through a SiO2 Coating Strategy
通过 SiO2 涂层策略增强 TiO2 光催化性能以人工光还原 CO2 的起源
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.5b08893
  • 发表时间:
    2016-01
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Lan Yuan;Chuang Han;Pagliaro Mario;Yi-Jun Xu
  • 通讯作者:
    Yi-Jun Xu
Graphene-Templated Bottom-up Fabrication of Ultralarge Binary CdS-TiO2 Nanosheets for Photocatalytic Selective Reduction
石墨烯模板自下而上制备用于光催化选择性还原的超大二元 CdS-TiO2 纳米片
  • DOI:
    10.1021/jp512797t
  • 发表时间:
    2015-04-02
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Pan, Xiaoyang;Xu, Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Xu, Yi-Jun
Insight into the Effect of Highly Dispersed MoS2 versus Layer-Structured MoS2 on the Photocorrosion and Photoactivity of CdS in Graphene-CdS-MoS2 Composites
深入探讨高分散 MoS2 与层状结构 MoS2 对石墨烯-CdS-MoS2 中 CdS 光腐蚀和光活性的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.5b08016
  • 发表时间:
    2015-12-10
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yang, Min-Quan;Han, Chuang;Xu, Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Xu, Yi-Jun

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其他文献

CO adsorption on MgO(001) surface with oxygen vancany and its low-coordinated surface sites: Embedded cluster model density functional study employing charge self-consistence technique
氧空位及其低配位表面位点在 MgO(001) 表面上的 CO 吸附:采用电荷自洽技术的嵌入式簇模型密度泛函研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Surf. Sci.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐艺军;李俊篯等
  • 通讯作者:
    李俊篯等
Theoretical Study of O2 adsorption on perfect and defect sites of MgO(001) surface
MgO(001)表面完美和缺陷位点O2吸附理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Physico-Chimica Sinica
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    徐艺军;李俊篯等
  • 通讯作者:
    李俊篯等
Organic Functionalization of Diamond (100) by Addition Reactions of Carbene, Silylene, and Germylene: A Theoretical Prediction
通过卡宾、亚硅基和甲锗烷的加成反应对金刚石 (100) 进行有机官能化:理论预测
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    J. Org. Chem.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐艺军;李俊篯等
  • 通讯作者:
    李俊篯等
CO adsorption on MgO(001) surface with oxygen vancany and its low-coordinated surface sites: Embedded cluster model density functional study employing charge self-consistence techn
氧空位及其低配位表面位点在 MgO(001) 表面上的 CO 吸附:采用电荷自洽技术的嵌入式簇模型密度泛函研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Surf. Sci.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐艺军;李俊篯等
  • 通讯作者:
    李俊篯等
Conversion of N2O to N2 on MgO(001) surface with vacancies: a DFT study.
具有空位的 MgO(001) 表面上 N2O 转化为 N2:DFT 研究。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    徐艺军;李俊篯等
  • 通讯作者:
    李俊篯等

其他文献

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徐艺军的其他基金

硫铟锌基光催化剂的构建及其CO2还原和有机合成耦合反应性能研究
  • 批准号:
    22172030
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
石墨烯-半导体化合物复合型光催化剂制备及其催化性能研究
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    面上项目
光催化选择性氧化生物柴油副产物甘油
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相似国自然基金

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相似海外基金

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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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