新型碱式硝酸铋系光催化剂的微结构可控合成及其高度有序异质结的构建

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772155
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0211.其他无机非金属材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Different from other bismuth-based compounds, basic bismuth nitrates, having more negative conduction band potentials (<-0.69 eV), are promised to possess good photocatalytic activity for hydrogen evolution from water splitting. Nevertheless, they have not been completely developed due to difficult isolation resulting from the presence of crystal water. Based on previous studies, this project is going to prepare several novel basic bismuth nitrates with controllable morphology and good photocatalytic activity for both hydrogen evolution from water splitting and degradation for pollutants. Moreover, the construction of heterojunctions is promised to enlarge light absorption range and inhibit recombination of the photo-generated electrons and holes, and consequently increase the photocatalytic efficiency. Based on semiconducting theories, except that the conduction and valence bands of heterojunction semiconductors are required to match each other and the interface should closely contact, it is very important that the heterojunctions must possess long-range-order microstructures and suitable surface energy to ensure the carriers to transport orientedly without quenching. To the best of our knowledge, little study has been carried out on the relationship between the structures and performance of the heterojunction photocatalysts. Herein, two kinds of heterojunctions will be designed: layered structure BiOBr/Bi2O2(OH)(NO3) and [Bi6O6(OH)2](NO3)4·2H2O/[Bi6O5(OH)3](NO3)5·3H2O containing [Bi6Ox(OH)8-x]10-x entities. They possess similar lattice parameters for each other, and would grow epitaxially along with each other to generation heterojunctions with ordered interfacial microstructures. Besides, thanks to surface plasmon resonance effect of metal Bi and photo-sensitive property of Bi2S3, some visible-light-driven photocatalysts will be prepared via in-site reduction or sulfide. The purpose of the project is to find a correlation between the heterojunction microstructures and photocatalytic activity, and to provide scientific basis for developing highly efficient visible-light-driven photocatalysts.
碱式硝酸铋系化合物无毒、种类多,但由于分离困难尚未充分开发。不同于其它铋基光催化剂,它们的导带电位(<-0.69 eV)低,理论上应具有光催化水分解制氢活性。项目拟鉴于前期研究,微结构可控地制备兼具优异的光催化水分解制氢活性及污染物降解活性的碱式硝酸铋,并基于理论计算,设计晶体结构等匹配度高的碱式硝酸铋基异质结,层状结构的BiOBr/Bi2O2(OH)(NO3)及具有[Bi6Ox(OH)8-x]10-x结构的[Bi6O6(OH)2](NO3)4·2H2O/[Bi6O5(OH)3](NO3)5·3H2O等。采用液相外延生长法等制备,以确保异质结的界面紧密结合且高度有序,利于载流子在界面上定向迁移而不很快淬灭,大大提高光催化效率。进一步在表面沉积高度分散的Bi2S3或Bi,改善可见光催化性能。最后,探讨异质结及表面沉积物的微结构与光催化性能之间的构效关系,为开发高效可见光催化剂提供科学依据。

结项摘要

作为一种解决能源与环境问题的有效绿色手段,利用光催化技术处理废水、废气及光解水制氢的研究引起了广泛关注。但由于还存在不能充分利用太阳光、光催化效率低及催化剂的回收再利用等问题,实现光催化剂在实际生产中的应用还存在差距,获得高效、价廉的光催化剂是解决光催化剂实用化的瓶颈。.考虑到TiO2光催化剂仍存在禁带宽度大不能充分利用太阳光及光催化效率低等不足,开发新型可见光催化剂成为重要的研究方向。铋系半导体材料因其来源丰富、对可见光响应良好及光催化性能优异,备受研究者关注。尽管已有大量文献报道,但由于便宜易得的原料Bi(NO3)3·5H2O易水解,在室温下难以制备获得形貌及微结构均匀的产物,所以合成反应大多在水热法条件下进行,不利于大规模生产。另外,单一材料作为光催化剂存在光响应范围窄、光生载流子易复合等缺点。本项目的创新点及突破的关键技术之一,通过选择合适的溶剂,使得大部分合成反应在室温下进行,解决了硝酸铋容易水解而难以进行均相合成的问题;创新点及关键技术之二,室温下一步法制备了几种铋基光催化剂的异质结,包括碱式硝酸铋等构建的异质结,特别是能同时保留高氧化还原性能与载流子分离效率的Z-及S-异质结,详细探讨了异质结的微结构及电子结构等匹配度对光催化性能的影响;创新点及关键技术之三,通过微结构调控,获得了性能优异的几种铋基光催化剂,详细研究了铋系催化剂的微观结构、粒径及形貌与光催化性能的构效关系,并探讨了光催化机理。.在该项目经费支持下,以该项目作为唯一标注,在国际一流期刊Nanoscale, Chem.Eng.J等上发表SCI收录论文27篇,获批专利1件。超额完成了合同所预期的指标。培养硕士及博士研究生共12名。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
BiOCl_(1-x)I_x及BiOBr_(1-x)I_x固体溶液的制备、表征及性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶萍;武苗苗;魏鸣;杨桢;韩巧凤
  • 通讯作者:
    韩巧凤
Simple thermal decomposition of bismuth citrate to Bi/C/alpha-Bi2O3 with enhanced photocatalytic performance and adsorptive ability
柠檬酸铋简单热分解为 Bi/C/α-Bi2O3,具有增强的光催化性能和吸附能力
  • DOI:
    10.1016/j.cattod.2018.10.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Catalysis Today
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Ma Yuanyuan;Han Qiaofeng;Chiu Te-Wei;Wang Xin;Zhu Junwu
  • 通讯作者:
    Zhu Junwu
One-step route to a-Bi2O3/BiOX (X = Cl, Br) heterojunctions with Bi2O3 ultrafine nanotubes closely adhered to BiOX nanosheets
Bi2O3超细纳米管紧密粘附在BiOX纳米片上,一步制备a-Bi2O3/BiOX(X = Cl,Br)异质结
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    刘焕桢;韩巧凤;丁慧伟;俞慧梅;邱德威
  • 通讯作者:
    邱德威
Grinding-assistant synthesis to basic bismuth nitrates and their photocatalytic properties
碱式硝酸铋的助磨合成及其光催化性能
  • DOI:
    10.1016/j.mssp.2019.06.009
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Materials Science in Semiconductor Processing
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zheng Mengyun;Han Qiaofeng;Jia Xuemei;Zhu Junwu
  • 通讯作者:
    Zhu Junwu
Addition of bismuth subacetate into bismuth citrate as co-precursors to improve the photocatalytic performance of Bi2O3
柠檬酸铋中添加碱式乙酸铋作为共前体提高Bi2O3光催化性能
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2019.126642
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Zahid Abdul Hannan;Zheng Mengyun;Peng Maoyuan;Han Qiaofeng
  • 通讯作者:
    Han Qiaofeng

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其他文献

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基于晶面与氧物种的结构匹配性设计高效可见光催化剂
  • 批准号:
    51372117
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    78.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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