石墨相氮化碳结构与界面的调制及提高光解水制氢活性和稳定性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21303080
  • 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:
    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

Graphitic carbon nitride (g-C3N4), as visible light active photocatalyst, has attracted intensive research interests, because of the excellent characteristics for photocatalysis, such as environmental friendly, abundant and rich building elements and chemical stability. However, the low degree of crystallinity and poor electron transfer of g-C3N4 result in poor activity for photocatalytic water-splitting to hydrogen. And, the H2O2 generated from water oxidation that adsorbed on the surface of g-C3N4 induces deactivation. Towards these challenges, we attempt to employ the strategies of adjusting the crystallinity and specific surface area of g-C3N4 and depositing hydrogen evolution catalysts (HEC) and oxygen evolution catalysts (OEC) as dual active sites to enhance the separation of photogenerated electrons and holes, to gain the catalytic activity for water oxidation to oxygen through 4e process and to increase the photocatalytic activity and stability for water-splitting to hydrogen. In this proposal,we will investigate the key pyrolysis reaction conditions to obtain condensed g-C3N4 with high degree of cystallinity, and the preparation methods to acquire porous nanostructured g-C3N4. And, we should elucidate the effects of cystallinity and specific surface area on the properties of electron transfer, light absorption, photoluminescence and photocurrent. Finally, we need to study the methods to deposit the HEC and OEC on porous nanostructured g-C3N4 and the influences of the dual active sites on photocurrent, overpotential, water oxidation to oxygen and photocatalytic activity and stability. Through these investigations, we aim to obtain an efficient and stable photocatalytic water-splitting system by constructing the HEC and OEC co-loaded porous g-C3N4 nanostructres with high cystallinity and surface area.
石墨相氮化碳(g-C3N4)具有环境友好、组成元素含量丰富和化学稳定等特点,成为可见光活性光催化材料研究的重点。但结晶度不高和电子传递能力差导致其光解水制氢活性低,表面催化水氧化产生吸附态过氧化氢导致其失活。针对以上两个科学问题,本项目拟采用提高结晶性和比表面积及界面负载析氢和析氧双催化活性位点的策略来促进光生电子和空穴分离,增加界面水氧化4e途径和氧气析出速率及提高光解水制氢的活性和稳定性。研究热解过程中提高g-C3N4聚合程度和结晶度的关键制备因素及高比表面积多孔纳米结构的制备方法;研究结晶性和比表面积对电子传递、光吸收、光致发光和光电流的影响;研究界面析氢和析氧双活性催化位点对光电流、过电势、水氧化产物及光解水产氢活性和稳定性的影响。从而获得高结晶度、大比表面积和界面析氢和析氧活性位点双负载的g-C3N4多孔纳米结构光解水制氢体系。

结项摘要

本项目聚焦氮化碳本征结构和界面电子与缺陷调控对氮化碳光物理、光催化和光解水分解过程影响的关键科学问题,研究(1) 氮化碳微结构与形貌的调控,包含C/N配比对光电响应、导电性与二维超薄结构的影响,二维褶皱与空洞形貌对光催化分解水活性影响,孔结构与比表面积对光催化分解水活性;(2) 氮化碳界面电子与缺陷的调控,包含表面缺陷结构的制备,界面杂多酸簇组装对光催化活性的影响;(3) 微结构、形貌、缺陷和聚集态(相)对光物理和光催化的影响,包含光吸收与荧光、激发态寿命与动力学、界面电子传递、带隙与导带/价带氧化还原电势、光电流与IPCE,光生电子和空穴对表面吸附物的氧化还原。获得了(1)前驱体中引入小分子葡萄糖实现调控碳氮元素组成和层数及类石墨烯氮化碳(Graphene-like carbon nitride)新材料;(2)氮化碳缺陷表面组装杂多酸簇活性位点构筑高活性超分子杂化光催化材料;(3)氮化碳褶皱形貌调控及对光解水制氢活性的影响;(4)氮化碳空洞形貌及对光解水制氢循环稳定性的影响;(5)氮化碳中混合相结构对光解水制氢活性的影响。通过本项目研究对发展氮化碳新材料,氮化碳结构基元、电子结构和聚集态认知,氮化碳新型催化应用等具有重要的学术价值。

项目成果

期刊论文数量(10)
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 Graphene-like Oxygenated Carbon Nitride Material for Improved Cycle-Life Lithium/Sulfur Batteries
用于提高锂/硫电池循环寿命的类石墨烯氧化碳氮化物材料
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.5b01919
  • 发表时间:
    2015-08-01
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Liu, Jinghai;Li, Wanfei;Zhang, Yuegang
  • 通讯作者:
    Zhang, Yuegang
石墨相氮化碳(g-C_3N_4)光催化分解水制氢材料的研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    内蒙古民族大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    包沙日勒敖都;唐如玲;张良;段莉梅
  • 通讯作者:
    段莉梅
Electrospun TiO2 nanofibers integrating space-separated magnetic nanoparticles and heterostructures for recoverable and efficient photocatalyst
静电纺丝 TiO2 纳米纤维集成了空间分离的磁性纳米粒子和异质结构,用于可回收且高效的光催化剂
  • DOI:
    10.1039/c4ta02224f
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Baiyila, Dahu;Wang, Xiaohui;Liu, Jinghai
  • 通讯作者:
    Liu, Jinghai
The stabilization effect of surface capping on photocatalytic activity and recyclable stability of Ag3PO4
表面封端对Ag3PO4光催化活性和可回收稳定性的稳定作用
  • DOI:
    10.1016/j.catcom.2013.12.005
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Catalysis Communications
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Jinghai Liu;XinLi;Fang Liu;Luhua Lu;Liang Xu;Liwei Liu;Wei Chen;Limei Duan;Zongrui Liu
  • 通讯作者:
    Zongrui Liu
Carbon Nitride Supramolecular Hybrid Material Enabled High-Efficiency Photocatalytic Water Treatments
氮化碳超分子杂化材料实现高效光催化水处理
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.6b03229
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Liu, Jinghai;Xie, Shuyuan;Zhang, Yuegang
  • 通讯作者:
    Zhang, Yuegang

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高能可充放电锂电池阴极材料的研究进展:从锂离子电池到锂-硫电池
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    陈晓红
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    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
    段莉梅;刘景海;庞清宇;徐玲;刘宗瑞
  • 通讯作者:
    刘宗瑞
表面覆盖层对Ag3PO4光催化活性和循环使用稳定性的稳定作用
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Catalysis Comm.
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  • 作者:
    刘景海;李鑫;刘芳;段莉梅;刘宗瑞
  • 通讯作者:
    刘宗瑞
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    工业催化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    包沙日勒敖都;王天舒;刘宗瑞;刘景海;段莉梅
  • 通讯作者:
    段莉梅

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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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