可见光响应氮掺杂钽基纳米半导体光催化剂的可控制备及光解水制氢性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51572270
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 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:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The development of novel visible-light-driven semiconductor photocatalysts with higher activity and stability for photocatalytic water splitting into hydrogen has important scientific significance and wide application prospect. In this project, a series of nanosized tantalum-based semiconductor photocatalysts (< 50 nm) will be controllably synthesized via a facile, environment-friendly and general hydrothermal route. The particle size, morphology, crystal form and exposed crystal facets of tantalum-based semiconductors can be well controlled by simply adjusting the hydrothermal reaction parameters. The optimized tantalum-based semiconductors not only exhibit larger specific surface areas, more catalytic reaction active sites and higher ratio of exposed active facets, but also can be very easily doped by the nitrogen element in depth for highly efficient visible light absorbance, which provides reliable guarantee for the following excellent visible-light response photocatalytic activity. On this basis using the above ultrafine tantalum-based semiconductor nanoparticles as precursors, highly efficient visible-light response nitrogen-doped nanosized tantalum-based semiconductor photocatalysts can be prepared by hydrothermal method and traditional gas phase or solid state reaction method under ammonia atmosphere, and their photocatalytic water splitting performances will also be evaluated under visible-light irradiation. Furthermore, the relationships between structures of tantalum-based semiconductor photocatalysts and their photocatalytic performances, and the photocatalytic reaction mechanism will be systematically investigated in depth, which may provide general rules for the design of novel visible-light response photocatalysts with higher efficiency and stability in future.
发展新型、高效、稳定的可见光响应型光解水制氢半导体光催化材料具有重要的科学意义和广阔的应用前景。本项目拟设计开发一种简易、普适、绿色的水热合成方法来实现一系列纳米级(< 50 nm)钽基半导体材料的化学控制制备。通过调变水热反应参数等实现纳米级钽基半导体材料的尺寸、形貌、晶型和暴露晶面等的精确调控。优化后的超细钽基半导体纳米颗粒除了具有大的比表面积、更多的催化活性位点和大比例暴露的高活性晶面,还特别有利于氮元素的深度掺杂实现其对可见光的高效吸收,为下一步获得优异的可见光催化性能提供了可靠保障。在此基础上,以这些超细钽基半导体纳米颗粒为前驱体,通过水热法和气相、固相反应氮化法等实现高效可见光响应的氮掺杂纳米级钽基半导体光催化材料的可控制备,并将其应用于光解水制氢。系统深入地研究钽基半导体光催化材料的构效关系及光催化反应机理,为开发新型、高效、稳定的可见光催化材料提供通用的设计准则。

结项摘要

发展新型高效稳定的半导体基纳米复合可见光催化剂是提高太阳能利用率,最终实现太阳能光催化技术产业化应用的关键。本项目采用水热法、乳液自组装等方法成功制备了一系列新型高效半导体基可见光催化剂,如N掺杂SrTa4O11纳米线、Sn2Ta2O7纳米片、自组装Au/CdSe纳米晶团簇等,这些半导体基纳米催化剂在可见光催化分解水制氢方面表现出优异的催化活性和循环稳定性,为开发和设计新型高效的半导体基纳米光催化剂提供了新思路和新途径。代表性工作如下:1)发展了一种简单、有效的基于钽酸为前驱体的固相合成方法,成功实现了Sn2Ta2O7纳米片的可控制备。Sn2Ta2O7纳米片光催化剂在可见光催化分解水制氢时表现出比块体更好的催化性能; 2)发展了一种简单、有效的乳液自组装方法,成功实现了一系列不同Au尺寸与含量的Au/CdSe纳米晶团簇,该Au/CdSe组装体表现出极高的可见光催化产氢活性(73 mmol gCdSe-1 h-1,约为CdSe组装体的10倍),且具有良好的催化稳定性(> 50 h),为设计合成其它等离子体增强光催化材料提供了基础;3)开发了一种新型的碱辅助合成方法成功制备了富含氮缺陷的石墨相氮化碳(g-C3Nx),其良好的可见光吸收特性以及光生电子-空穴分离能力使得其光催化产氢速率得到大幅提升;4)设计合成了氮掺杂浓度连续可调的CQDs,且掺杂浓度不改变N-C键构型,氮掺杂元素的引入可以有效抑制CQD光生电子被捕获态能级弛豫,进而促进电荷分离。这种氮掺杂浓度可控的合成方法为优化设计CQDs基光催化材料提供了新的策略;5)发展了一种简单、廉价、绿色的水热合成方法,成功实现不同厚度SnNb2O6纳米片的可控制备,其中超薄SnNb2O6纳米片表现出更好的催化产氢活性,这为设计合成其它类型的纳米铌酸盐光催化材料奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(50)
专著数量(0)
科研奖励数量(7)
会议论文数量(0)
专利数量(16)
Hollow PtFe alloy nanoparticles derived from Pt-Fe3O4 dimers through a silica-protection reduction strategy as efficient oxygen reduction electrocatalysts.
通过二氧化硅保护还原策略衍生自 Pt-Fe3O4 二聚体的中空 PtFe 合金纳米颗粒作为高效的氧还原电催化剂。
  • DOI:
    10.1002/chem.201904208
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Chemistry – A European Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Zhaojun;Shang Lu;Xiong Xuyang;Shi Run;Waterhouse Geoffrey I N;Zhang Tierui
  • 通讯作者:
    Zhang Tierui
A Photochemical Route towards Metal Sulfide Nanosheets from Layered Metal Thiolate Complexes
从层状金属硫醇盐络合物制备金属硫化物纳米片的光化学路线
  • DOI:
    10.1002/anie.201902791
  • 发表时间:
    2019-06-17
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Guo, Jiahao;Cao, Yitao;Zhang, Tierui
  • 通讯作者:
    Zhang, Tierui
Nanocrystals@Hollow Mesoporous Silica Reverse-Bumpy-Ball Structure Nanoreactors by a Versatile Microemulsion-Templated Approach
通过多功能微乳液模板方法制备纳米晶体@中空介孔二氧化硅反向凹凸球结构纳米反应器
  • DOI:
    10.1002/smtd.201800105
  • 发表时间:
    2018-12-11
  • 期刊:
    SMALL METHODS
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Shang, Lu;Shi, Run;Zhang, Tierui
  • 通讯作者:
    Zhang, Tierui
Silica-Protected Ultrathin Ni3FeN Nanocatalyst for the Efficient Hydrolytic Dehydrogenation of NH3BH3
二氧化硅保护的超薄 Ni3FeN 纳米催化剂用于 NH3BH3 的高效水解脱氢
  • DOI:
    10.1002/aenm.201702780
  • 发表时间:
    2018-04-25
  • 期刊:
    ADVANCED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Zhang, Xin;Zhao, Yufei;Zhang, Tierui
  • 通讯作者:
    Zhang, Tierui
Ultrafine NiO Nanosheets Stabilized by TiO2 from Monolayer NiTi-LDH Precursors: An Active Water Oxidation Electrocatalyst
由单层 NiTi-LDH 前体中的 TiO2 稳定的超细 NiO 纳米片:一种活性水氧化电催化剂
  • DOI:
    10.1021/jacs.6b01606
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Zhao Yufei;Jia Xiaodan;Chen Guangbo;Shang Lu;Waterhouse Geoffrey I. N.;Wu Li-Zhu;Tung Chen-Ho;O'Hare Dermot;Zhang Tierui
  • 通讯作者:
    Zhang Tierui

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其他文献

Photochromic behavior of nanocomposite hybrid films of finely dispersed phosphotungstic acid particles into polyacrylamide
精细分散的磷钨酸颗粒与聚丙烯酰胺纳米复合杂化膜的光致变色行为
  • DOI:
    10.1023/a:1022302031156
  • 发表时间:
    2003-03
  • 期刊:
    J. Mater. Sci.(SCI收录,EI收录)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯威;张铁锐;刘延;卢然*;赵英英;姚建年
  • 通讯作者:
    姚建年
双长链烷基Dawson结构钼磷酸复合薄膜的制备、结构及光致变色性质,
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张铁锐;卢然;赵英英;姚建年等
  • 通讯作者:
    姚建年等
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯威;张铁锐;刘延;卢然;赵英英;姚建年
  • 通讯作者:
    姚建年
Preparation of Au nanoparticles in the presence of low generational poly(amidoamine) dentrimer with surface hydroxyl groups
表面羟基低代聚酰胺基树枝状三聚体制备金纳米粒子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Mater. Chem. Phys.(SCI收录,EI收录)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    包春燕;金明;卢然*;张铁锐;赵英英
  • 通讯作者:
    赵英英
Mechanism study of Au nanoparticle functionalized plasmonic photocatalyst
Au纳米粒子功能化等离子体光催化剂的机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    影像科学与光化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹溢涛;吴骊珠;佟振合;张铁锐
  • 通讯作者:
    张铁锐

其他文献

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张铁锐的其他基金

水滑石基太阳光催化固氮体系设计
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    52120105002
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相似国自然基金

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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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