缺陷对TiO2光催化性能的影响:PAT和HRTEM研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21477047
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 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

TiO2-based materials have attracted intense research attention in a broad range of applications, such as organic pollutants degradation, hydrogen production via water splitting, solar conversion, catalysis, and sensor. However, The photocatalytic reactivity is highly influenced by the kind and quantityof vacancy and defect of the crystal. Do the vacancy and defects promote or inhibit the photocatalytic activy? This problem is under controversy up to date. It is difficult to find suitable photocatalysts possessing accurate surface and bulk defects and vacancies to characterize their photocatalytic reactivity, which is the greatest challenge. We plan to prepare three kinds of TiO2 crystals: single crystal, mesocrystal and polycrystal, that possess the almost identical morphology, crystal phase and proportion of crystal facets. Especially, the TiO2 mesocrystal, that possesses the controlled subcrystals and the ordered architecture at some extent, can be regarded as an intermediate between single crystal and polycrystal.We are going to perform a systematic research on the life-time of positrons in the three crystals via PAT combined with other advanced techniques,such as HRTEM and TRDRS, so as to exactly confirm the quantification of the surface defect, disfigurement in crystal lattice and defect unit in the ordered architecture. Then the photocatalytic reactivity can be obtained via characterizing the quantum efficiency of oxidation reaction of nitrobenzene with oxygen and reduction of nitrosobenzene. Thus the issue that cannot be resolved for a long time can be settled via the model reaction. It can provide a valuable theorematical foundation for the practical industry application of TiO2 crystals.
空位和缺陷严重影响TiO2的光催化效率,但促进还是抑制的争论一直存在。解决这个难题的最大挑战是难以制备准确控制表面和晶格缺陷种类和数目的材料,建立模型考察其对应的光催化效率。本研究课题首先制备相同形貌的三类TiO2光催化材料:单晶、介晶和多晶,特别是介晶(mesocrystals)TiO2,它是由可控的微晶单元在一定程度上的有序组装体,正好介于单晶和多晶之间,利用正电子湮灭技术(PAT)结合高分辨电镜(HRTEM)和时间分辨漫反射光谱(TRDRS)等技术对三类二氧化钛晶体中正电子的寿命的进行系统研究和比较,准确定量表面空位缺陷、晶格缺陷和长程有序的单元缺陷,然后模型光催化半反应,如氧化(亚硝基苯/O2)-还原(亚硝基苯/甲醇),测定其量子效率,由此构效关系解决长期以来悬而未决的是表面缺陷、晶格序排列还是晶格缺陷决定光生电子-空穴的复合速率的问题,从而确定缺陷与光催化活性的关系。

结项摘要

空位和缺陷严重影响TiO2的光催化效率,但促进还是抑制的争论一直存在。解决这个难题的最大挑战是难以制备准确控制表面和晶格缺陷种类和数目的材料,建立模型考察其对应的光催化效率。本研究课题首先制备相同形貌的TiO2单晶、介晶和多晶,利用正电子湮灭技术、高分辨电镜、和瞬态荧光对缺陷的类型、浓度、分布和寿命进行系统的分析;利用吸附/脱附和原位红外等技术对缺陷种类及分布进行系统研究;结合催化剂降解有机污染物和光催化分解水产氢的性能构建催化剂缺陷微结构与性能的内在联系。由此构效关系解决长期以来悬而未决的是表面缺陷、晶格序排列还是晶格缺陷决定光生电子-空穴的复合速率的问题,从而确定缺陷与光催化活性的关系。研究表明,有序的介晶微结构有利于光生电子和空穴的分离和传输,从而提高了光催化性能;缺陷调控的同时,对金属氧化物半导体催化剂表面的活性物种有一定影响,增加表面氧缺陷导致表面酸性降低,特别是Bronsted酸,从而降低了催化剂的光催化活性;此外,表面氧缺陷的增多产生可见光吸收,但降低了紫外吸收,因此不能全面提高光催化性能。本研究为金属氧化物半导体缺陷工程和表面物种的调控来改善催化剂的光催化性能提供了有力的参考。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(3)
专利数量(5)
3D hierarchical MnO2 nanorod/welded Ag-nanowire-network composites for high-performance supercapacitor electrodes
用于高性能超级电容器电极的 3D 分层 MnO2 纳米棒焊接银纳米线网络复合材料
  • DOI:
    10.1039/c6cc03768b
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Qiao, Zhensong;Yang, Xiaopeng;Cao, Bingqiang
  • 通讯作者:
    Cao, Bingqiang
Mesostructured zinc oxide architectures with high photocatalytic activity
具有高光催化活性的介孔氧化锌结构
  • DOI:
    10.1016/j.matchemphys.2016.11.005
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wenxin Ma;Baosheng Ren;Zhen Huang;Qifeng Chen;Xiaofeng Cao;Yanchuan Guo
  • 通讯作者:
    Yanchuan Guo
绿色合成银修饰TiO2中空球及其可见光催化性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    石油学报(石油加工)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马闻辛;王琦;秦泽南;陈杰;任保胜;陈其凤
  • 通讯作者:
    陈其凤
Photocatalytic Properties Dependent on the Interfacial Defects of Intergrains within TiO2 Mesocrystals
光催化性能取决于 TiO2 介晶内晶粒间的界面缺陷
  • DOI:
    10.1002/chem.201803516
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemistry - A European Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Hui;Chen Qifeng;Luan Qingrui;Duan Ran;Guan Ruifang;Cao Xingzhong;Hun Xun
  • 通讯作者:
    Hun Xun
Fabrication of p-ZnO:Na/n-ZnO:Na homojunction by surface pulsed laser irradiation
表面脉冲激光辐照制备 p-ZnO:Na/n-ZnO:Na 同质结
  • DOI:
    10.1039/c7ra05574a
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xiaopeng Yang;Xiang Xu;Feng Liu;Liqiang Zhang;Ziwu Ji;Qifeng Chen;Bingqiang Cao
  • 通讯作者:
    Bingqiang Cao

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C掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究
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  • 期刊:
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  • 作者:
    史卫梅;陈其凤;徐耀;吴东;霍春芳
  • 通讯作者:
    霍春芳
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从 C19-二萜生物碱 delatline 生成骨骼二元性。环扭曲方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Chemistry A European Journal
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈其凤;刘小宇;王锋鹏
  • 通讯作者:
    王锋鹏

其他文献

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二维固体受阻Lewis酸碱对(FLPs)光催化材料及光催化活化CO2机理
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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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