金/氧化物杂化纳米结构可控构筑及活性氧自由基/光生载流子的形成机理与光催化性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21303153
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    何伟伟
  • 依托单位：
    许昌学院
  • 学科分类：
    B0202.催化化学
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The combination of semiconductor nanostructures with noble metal provides an effective way to improve their solar light driven photocatalytic activity. This project will focus on the photocatalytic enhancement of metal oxide nanostructures induced by gold nanoparticles, and aim to optimize the photocatalytic activity by design of gold/metal oxide hybrid nanostructures in the application of typical organic pollutants degradation. In this proposal, we will use electron spin resonance spectroscopy with spin trapping and spin labeling technique to identify the reactive oxygen species (ROS) and reactivity of photo-generated charge carriers in photo-irradiating Au/metal oxide hybrid nanostructures; reveal the enhancement effect of Au nanoparticles on photocatalytic activity of metal oxide nanomaterials; clearly understand the formation mechanism of ROS and photo-induced charges dependent on the surface plasmon resonance and heterogeneous structure in Au/metal oxide hybrid nanostructures; and clarify the interaction between photo-induced charge carriers/ROS and organic pollutant molecules during Au/metal oxide hybrid nanostructures catalyzing the degradation of typical organic pollutants. This project will benefit the understanding of photocatalytic enhancement inherent mechanism of metal/semiconductor hybrid nanostructures induced by Au, and provide scientific evidences for the design of composite nanomaterials and their applications in solar energy photocatalysis.
半导体纳米结构与贵金属的结合成为提高太阳能光催化效率的有效方式之一。 本项目旨在研究金纳米组分对金属氧化物纳米结构光催化过程中活性中间产物的影响作用，通过对金/金属氧化物杂化纳米结构的设计，调控优化其光催化氧化/还原反应活性，用于光催化降解典型有机污染物。项目将采用电子自旋共振技术结合自旋捕获和自旋标记技术考察金/金属氧化物杂化结构在光辐射作用下产生活性氧自由基的种类和光生载流子的反应活性，揭示金组分对半导体纳米结构光催化活性增强作用的内在机理，弄清金/半导体杂化纳米结构光辐射波长和结构依赖的光生载流子和活性氧物种生成规律，阐明金/半导体杂化纳米结构降解典型有机污染物过程中光生载流子和活性氧物种与典型有机污染物分子之间的相互作用规律。项目研究结果将有助于理解贵金属纳米颗粒增强半导体纳米结构光催化性能内在机理，为相关纳米复合材料的设计及其在太阳能光催化领域的应用提供科学依据。

结项摘要

半导体纳米材料光催化是太阳能利用的一种有效方式，在环境治理、有机合成和能源催化等领域具有重要应用前景。深度理解半导体光催化反应机理和有效提高光催化效率仍是该领域最为重要的研究方向。本项目围绕“从光化学活性角度理解半导体光催化反应机理并为改善半导体光催化效率提供技术和理论支持”开展了系列研究工作。首先，我们发展了半导体微纳米结构和金属/半导体杂化纳米结构的合成方法，采用水热（溶剂热）法成功制备了系列形貌和结构确定的金属氧化物和金属硫化物微纳米结构，包括：ZnO、TiO2、Fe2O3、Co3O4、Mn3O4、ZnS、CdS、In2S3、Ag2S、Bi2S3、ZnIn2S4、CdIn2S4、AgInS2等；采用光化学沉积方法制备了系列负载量和金属组分可控的金属/金属氧化物杂化纳米结构（ZnO/Au，TiO2/Au，ZnO/Pd，ZnO/Ag等），以种子调制法制备了壳层物相可控的表面等离子体核壳纳米结构Au@TiO2，初步实现了对金/金属氧化物核壳纳米结构和异质纳米结构的控制合成。其次，为了解决本项目的关键科学问题，基于电子自旋共振波谱自旋捕获和自旋标记技术，我们建立了一套能用于系统测试和鉴别纳米材料光激发产生活性氧物种和光生载流子反应行为的分析方法。利用该方法，从光生活性氧物种和光生载流子产生方面全面阐明了半导体纳米结构光催化反应活性的决定因素和反应机理，特别是揭示了金属纳米组分对金属氧化物光催化活性的增强作用机制（金颗粒的电子富集作用起到主导作用，金的表面等离子体共振效应针对大尺寸金颗粒且在可见光照下主导作用）。结合能带理论解释了半导体纳米材料光生活性氧物种的能力以及金属组分增强金属氧化物光生载流子和光生活性氧物种的规律。重要的是，本项目系统测试和评价了半导体微纳米结构和金属/金属氧化物杂化纳米结构的各种光催化活性（包括：染料分子、无色有机污染物、食品色素降解、抗菌活性和光生物毒性），并发现了光催化应用与光生活性氧物种和光生空穴/电子的密切相关性。这些结果将为光催化机理研究和高效光催化剂的设计提供科学借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Determination of reactive oxygen species from ZnO micro-nano structures with shape-dependent photocatalytic activity
具有形状依赖性光催化活性的 ZnO 微纳米结构活性氧的测定
  • DOI：
    10.1016/j.materresbull.2014.02.020
  • 发表时间：
    2014-05
  • 期刊：
    Materials Research Bulletin
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Hongxiao Zhao;Huimin Jia;Jun-Jie Yin;Zhi Zheng
  • 通讯作者：
    Zhi Zheng
Production of Reactive Oxygen Species and Electrons from Photoexcited ZnO and ZnS Nanoparticles: A Comparative Study for Unraveling their Distinct Photocatalytic Activities
光激发 ZnO 和 ZnS 纳米粒子产生活性氧和电子：揭示其独特光催化活性的比较研究
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.5b11456
  • 发表时间：
    2016-02-18
  • 期刊：
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    He, Weiwei;Jia, Huimin;Yin, Jun-Jie
  • 通讯作者：
    Yin, Jun-Jie
FD&C Yellow No. 5 (Tartrazine) Degradation via Reactive Oxygen Species Triggered by TiO2 and Au/TiO2 Nanoparticles Exposed to Simulated Sunlight
FD
  • DOI：
    10.1021/jf5045052
  • 发表时间：
    2014-12-10
  • 期刊：
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子：
    6.1
  • 作者：
    Li, Meng;He, Weiwei;Yin, Jun-Jie
  • 通讯作者：
    Yin, Jun-Jie
具有二级结构的Co3O4 纳米材料的控制合成与 光催化性能研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    人工晶体学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵红晓;李 静;徐慧芳;王淑敏
  • 通讯作者：
    王淑敏
AuPt Alloy Nanostructures with Tunable Composition and Enzyme-like Activities for Colorimetric Detection of Bisulfide.
具有可调成分和类酶活性的金铂合金纳米结构，用于比色检测二硫化物
  • DOI：
    10.1038/srep40103
  • 发表时间：
    2017-01-04
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    He W;Han X;Jia H;Cai J;Zhou Y;Zheng Z
  • 通讯作者：
    Zheng Z

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其他文献

AuCu 双金属纳米颗粒的制备、表征及性能探究
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析
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  • 期刊：
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玉米籽粒发芽过程中不同部位类胡萝卜素合成动态及抗氧化活性
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    李大婧
新型绝缘体上硅静态随机存储器单元总剂量效应
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  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 作者：
    王硕;常永伟;陈静;王本艳;何伟伟;葛浩
  • 通讯作者：
    葛浩
Au/N-Doped Carbon Dot Nanozymes as Light-Controlled Anti- and Pro-Oxidants
Au/N 掺杂碳点纳米酶作为光控抗氧化剂和促氧化剂
  • DOI：
    10.1021/acsanm.1c01215
  • 发表时间：
    2021-07
  • 期刊：
    ACS Applied Nano Materterials
  • 影响因子：
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  • 作者：
    赵珺;王晗晗;耿红旗;杨琦;仝玉萍;何伟伟
  • 通讯作者：
    何伟伟

其他文献

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等离激元杂化纳米材料可见-近红外光活性增强作用机制与相关应用
  • 批准号：
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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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