掺杂钨酸亚锡薄膜光电解水光阳极的光电化学性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21905288
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0906.光能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Photoelectrochemical (PEC) water splitting provides a cost-effective route for solar hydrogen production with potential strategic applications. One of the most challenging topics in the area is to develop high performance photoanodic materials operating at low applied bias, i.e., between 0.2~0.7 V vs. RHE. As a group of promising candidates, Sn(II)-based oxides are attractive photoanodic semiconductors with bandgaps (1.5~2.5 eV) narrower than most of the conventional binary oxides and the better band positions for the electrochemical step. SnWO4 is one of the relatively more popular one among them, because of its good performance for the photodegradation of pollutants. However, due to the lack of suitable methods for preparing high quality thin film and the chemical instability of Sn(II), its application in PEC water splitting is rarely reported. Herein we propose to investigate alpha-SnWO4, one of its phase with better carrier transportation kinetics, for photoanodes to address aforementioned challenge. .Particularly, this project will clarify how the variables in the preparation impacts the physical properties, and thereafter the photoelectrochemical behaviors. We will develop reliable and efficient procedure for preparing uniform doped alpha-SnWO4 oxide thin film and the surface modification protocols for the electrodes. The detailed relationship between the synthesis condition, and more importantly the structure and the properties of the film, will be associated with the photoanode performance. By combing multiple spectral and electrochemical characterizations, the impact of nanoscale geometric parameters, crystalline orientation and other features of the SnWO4 film will be optimized using photocurrent and onset potential as the benchmark. The internal and intrinsic factors which determine the charge carrier transportation in the bulk will be addressed. The morphology, crystal defects and doping will be comprehensively studied to unveil how the carrier transportation kinetics was impacted. Based on the observation with various doped films at different dopant concentration, we will deduce the correlation between the dopant and performance, bridged by the understanding of the electronic structure and charge carrier kinetics. Furthermore, we would introduce mild deposition techniques for depositing multi-functional surface modification layers or multi-layers to improve the PEC properties and to reach out the long-term stability of over tens of hours. The influences of each component will be carefully evaluated and balanced to maximize the photocurrent, as well as to gain a better onset potential and good stability. This project will also use SnWO4 as a paradigm to generalize the methodology and empirical principle for synthesis chemistry and doping towards other Sn(II)-based oxides thin films, together with the nanostructure optimization and electrode assembly.
光电解水制氢是一种具有重要前景的低成本制氢技术,长寿命、低偏压、高效的光阳极材料是该领域现阶段核心挑战之一。本项目旨在发掘Sn(II)三元氧化物作为新型阳极材料应对上述挑战的潜力,通过研究其光电性能和半导体材料制备技术的关系,寻找突破现有性能指标的可行方案。此类半导体具有比传统氧化物更窄的带隙以及适宜的带边位置,但一直较为缺乏可靠易行的薄膜材料制备方案,遑论形貌、缺陷工程开发。本项目以α-钨酸亚锡为代表,开发其高品质薄膜制备工艺,发展其缺陷控制、掺杂方法及优化技术;结合多种光谱表征和光电化学分析技术,分析光电极厚度、多孔性、形貌、晶体取向等特征并进行针对性优化;通过光阳极性能与不同掺杂离子种类、浓度相关性,寻求光电极内部电荷传输关键限制性物理机理以释放其潜力;同时合理选择、优化温和的表面修饰技术,合理配置表面与体相能级,综合设计优化全系统性能,开发高效、稳定的薄膜光阳极。

结项摘要

光电解水制氢具有重要前景,其系统受制于长寿命、低偏压、高效的光阳极材料这一核心挑战。本项目探索钨酸亚锡这一新型阳极材料以应对上述挑战的潜力,寻找突破现有光电材料瓶颈的可能性。本项目以α-钨酸亚锡为核心材料,开展了一系列对其物理、化学性质的深入探索,开发其高品质薄膜制备工艺,发展其缺陷控制、掺杂方法及优化技术;并结合多种光谱表征和光电化学分析技术,分析光电极厚度、多孔性、形貌、晶体取向等特征对光电催化特性的核心影响;通过光阳极性能与衍生材料化学组成等相关性,初步阐释了二价锡材料内部电荷传输关键限制性机理;同时,开发了相应的温和的表面修饰技术,并对其水氧化过程及电极稳定化的机理进行了探讨。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-performance bulk heterojunction-based photocathode with facile architecture for photoelectrochemical water splitting
高性能体异质结光电阴极,具有简便的光电化学水分解结构
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2022.04.078
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Yanling Wu;Deyu Liu;Huanglong Zhuang;Jiabo Le;Yongbo Kuang
  • 通讯作者:
    Yongbo Kuang
Excellent CoOxHy/C Oxygen Evolution Catalysts Evolved from the Rapid In Situ Electrochemical Reconstruction of Cobalt Transition Metals Doped into the V2SnC MAX Phase at A Layers
通过在 A 层掺杂到 V2SnC MAX 相中的钴过渡金属的快速原位电化学重构而演化出优异的 CoOxHy/C 析氧催化剂
  • DOI:
    10.1021/acsaem.2c03810
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    ACS Applied Energy Materials
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Shuairu Zhu;Youbing Li;Deyu Liu;Qing Huang;Yongbo Kuang
  • 通讯作者:
    Yongbo Kuang
Room Temperature Electrodeposition of Ready-to-Use TiO(x) for Uniform p-n Heterojunction Over Nanoarchitecture.
室温电沉积即用型 TiOx,在纳米结构上形成均匀的 p-n 异质结
  • DOI:
    10.3389/fchem.2022.832342
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in chemistry
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Cao Y;Qiao H;Zou Y;An N;Zhou Y;Liu D;Kuang Y
  • 通讯作者:
    Kuang Y

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其他文献

电化学法制备的还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    储晓菲;李一鸣;陈慧敏;刘德宇
  • 通讯作者:
    刘德宇
基于脉冲压缩技术的相邻缺陷识别方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马婷;刘德宇;吴斌;何存富
  • 通讯作者:
    何存富
Sb掺杂ZnSnO_3透明导电薄膜:制备与性能(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    无机化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄河洲;刘德宇;陈慧敏;李文有
  • 通讯作者:
    李文有

其他文献

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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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