双金属驱动Z型光催化材料的制备及其在光催化全分解水中的应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51702078
  • 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:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Z-scheme photocatlaysts have exhibited a broad application prospect on photocatalytic overall water splitting. However, photo-generated electrons and holes are recombined as they inclined to transport to the carriers’ transmission media thermodynamically. It causes the low separation efficiency of high energy photo-generated carriers and low solar-to-hydrogen energy conversion efficiency of Z-scheme photocatlaysts. For this problem, we demonstrate a conceptually new approach: changing the structure of Z-scheme photocatlaysts from photocatlaysts/metal/photocatlaysts to photocatlaysts/metal A/metal B/photocatlaysts. The contact of two kinds of metals forming contact potential difference, we apply the contact potential difference to separate the high energy photo-generated carriers to split water in photocatalysts and attract the low energy photo-generated carriers into the metal to make recombination. Thus, the selective separation and recombination of photo-generated carriers could be realized, when using the bimetal to control their transportation. NaCl is selected as template to synthesize photocatlaysts/metal A/metal B/photocatlaysts multilayer structure and realize the off-site deposition of cocatalysts, thereby forming desired structure of materials. Then we can investigate the regulation rule, mechanism of photo-generated carriers under the control of contact potential difference, realize the controllable transportation of photo-generated carriers and improve the separation efficiency of high energy photo-generated carriers in Z-scheme photocatalysts. Finally, we hope obtain the bimetal Z-scheme photocatalysts with at least 10 % quantum efficiency and 2 % solar-hydrogen conversion efficiency for overall water splitting under visible light.
Z型光催化材料在光催化全分解水方面具有广阔的应用前景,但其光生电子、空穴在热力学上倾向于输运至传输介质(金属)复合,降低了高能光生载流子的分离效率,造成光-氢转换效率的低下。针对这个问题,本课题组提出新的概念:Z型光催化材料的结构由光催化剂/金属/光催化剂改为光催化剂/金属A/金属B/光催化剂。金属接触形成接触电势差分离高能光生载流子使其保留在光催化剂内部分解水;吸引低能光生载流子进入金属内部复合。这样双金属就驱动了光生载流子的输运,实现选择性分离和复合。我们设计氯化钠模板法制备光催化剂/金属A/金属B/光催化剂多层结构,离域沉积助催化剂,制备出理想的材料结构;探究金属接触电势差对光生载流子输运的调控机制和规律,实现载流子可控输运和高能光生载流子的高效分离。最终获得可见光下全分解水产氢量子转换效率不低于10%,光能-氢能转换效率不低于2%的双金属Z型光催化材料。

结项摘要

Z型光催化材料在光催化全分解水方面具有广阔的应用前景,但其光生电子、空穴在热力学上倾向于输运至传输介质(金属)复合,降低了高能光生载流子的分离效率,造成光-氢转换效率的低下。针对这个问题,本课题组提出新的概念:Z型光催化材料的结构由光催化剂/金属/光催化剂改为光催化剂/金属A/金属B/光催化剂。金属接触形成接触电势差分离高能光生载流子使其保留在光催化剂内部分解水;吸引低能光生载流子进入金属内部复合。这样双金属就驱动了光生载流子的输运,实现选择性分离和复合。我们设计氯化钠模板法制备光催化剂/金属A/金属B/光催化剂多层结构,离域沉积助催化剂,制备出理想的材料结构;探究金属接触电势差对光生载流子输运的调控机制和规律,实现载流子可控输运和高能光生载流子的高效分离。在此我们开发了新型的光驱动催化系统,基于选择性光吸收原理构建了新型光热系统,在一个标准太阳光辐照下可产生250-300℃的高温。此外,我们还基于模板法开发了一系列新型催化剂。结果表明,在自然太阳光辐照下,新型光热系统和催化剂在CO2甲烷化、CO氧化、NOx脱除、VOCs燃烧、甲醇、水、CO制氢等方面均表现出创纪录的性能,并且该系统可以大规模量产,显示出工业应用的潜力。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A general bimetal-ion adsorption strategy to prepare nickel single atom catalysts anchored on graphene for efficient oxygen evolution reaction
用于制备锚定在石墨烯上用于高效析氧反应的镍单原子催化剂的通用双金属离子吸附策略
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2019.08.006
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Xu Yingqi;Zhang Weifeng;Li Yaguang;Lu Pengfei;Wu Zhong-Shuai
  • 通讯作者:
    Wu Zhong-Shuai
Outdoor sunlight-driven scalable water-gas shift reaction through novel photothermal device-supported CuOx/ZnO/Al(2)O(3)nanosheets with a hydrogen generation rate of 192 mmol g(-1)h(-1)
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  • DOI:
    10.1039/d0ta07190k
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Shi Chengcheng;Yuan Dachao;Ma Luping;Li Yaguang;Lu Yangfan;Gao Linjie;San Xingyuan;Wang Shufang;Fu Guangsheng
  • 通讯作者:
    Fu Guangsheng
Fe3Si assisted Co3O4 nanorods: A case study of photothermal catalytic CO oxidation under ambient solar irradiation
Fe3Si 辅助 Co3O4 纳米棒:环境太阳辐射下光热催化 CO 氧化的案例研究
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2019.05.080
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Lou, Zirui;Yuan, Dachao;Zhu, Liping
  • 通讯作者:
    Zhu, Liping
Mass production of superhydrophilic sponges for efficient and stable solar-driven highly corrosive water evaporation
大规模生产超亲水海绵,用于高效稳定的太阳能驱动高腐蚀性水蒸发
  • DOI:
    10.1039/c9ew00607a
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE-WATER RESEARCH & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Bai, Xianhua;Li, Yaguang;Fu, Guangsheng
  • 通讯作者:
    Fu, Guangsheng
High-Valence Nickel Single-Atom Catalysts Coordinated to Oxygen Sites for Extraordinarily Activating Oxygen Evolution Reaction
高价镍单原子催化剂与氧位点配位,异常激活析氧反应
  • DOI:
    10.1002/advs.201903089
  • 发表时间:
    2020-01-20
  • 期刊:
    ADVANCED SCIENCE
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Li, Yaguang;Wu, Zhong-Shuai;Bao, Xinhe
  • 通讯作者:
    Bao, Xinhe

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  • 通讯作者:
    王爽心

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高熵铜基光热二氧化碳加氢体系的构建与机理研究
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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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