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杂化多级纳米结构的组装及可见光催化机理研究

批准号:
21573248
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
费进波
学科分类:
胶体与界面化学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡鹏、秦晨晨、刘星岑、李广乐

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项目成果

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中文摘要
利用组装技术,设计并可控制备多级有序纳米结构材料,表面修饰后与非对称性光系统II(PSII)定向界面复合,通过模拟自然界中植物光合作用,构筑高效而稳定的“自然-人工”杂化可见光催化体系。主要研究内容包括通过模板辅助下的限制性水热合成法和溶胶-凝胶法制备多级纳米结构,包括石墨烯纳米片、导电聚合物纳米墙以及二氧化钛光子晶体等。进一步在上述纳米结构表面利用静电吸附或“点击化学”将分离纯化后的PSII进行高载有量的定向固定,建立可见光捕获强、光生电荷分离快、电子迁移率高和寿命长的杂化光催化体系。重点研究纳米材料的结构及其表面修饰对生物光电器件中PSII组装行为、重组能力和催化性能的影响和规律,详细阐明杂化体系结构-性质-功能之间的内在关系,评估组装体各基元协同催化效应并揭示相关物理化学机制,探索其在太阳光下光解水产生电流、氢气与氧气的可行性,开发清洁能源制备的新途径。
英文摘要
Inspired plants’ photosynthesis in nature, by the strategy of self-assembly, well-defined hierarchical nanostructures will be designed and prepared to integrate with asymmetric photosystem II (PSII) for the construction of highly efficient and stable hybrid optoelectric devices under visible light. Hierarchical nanostructures including reduced grapheme oxide nanosheets, conductive polymers nanowalls and titanium oxide photonic crystals will be fabricated by limited hydrothermal reactions or gel-sol reactions under the assistance of soft or hard templates. Furthermore, by intermolecular weak electrostatic interactions or click chemistry, PSII after separation and purification from spinach will be uploaded on the interface of hierarchical nanostructures above in an oriented manner. Thus, it will build up biooptoelectronic systems with highly efficient light harvesting, fast charge separation, high electron transfer and long life. The effect of nanostructure and interface on immobilization, reconstitution and photocatalysis efficiency of PSII will be investigated. The inner relationship between structure, property and function will be demonstrated in detail. Synergetic catalysis from building blocks in the integrated system will be evaluated and relevant physicochemical mechanisms will be elucidated. Also, the assembly will be used to produce photocurrent, hydrogen and oxygen under sunshine. It will open a new biomimetic route to develop clean energy during carrying out this project.
本项目利用分子组装技术,设计并可控构筑了系列多级有序的纳米结构功能材料,与光合作用中的关键生物大分子光系统II(PSII)进行共组装,有效模拟了自然界中叶绿体的结构和功能,获得了多种高效的“自然-人工”杂化催化体系。在项目执行四年期间,主要研究进展如下:利用模板法,制备了多种多级纳米结构的无机和有机材料,包括导电聚合物纳米线阵列、二氧化硅纳米管阵列以及二氧化钛多孔纳米线等。将上述多级纳米结构与分离纯化后的PSII进行共组装,详细研究了功能纳米材料的结构及其表面对PSII组装行为、重组能力和光催化性能的影响,重点阐明了组装的生物杂化体系中各基元协同作用的相关物理化学机制,主要开展了杂化组装体系光能到电能转换以及光能到化学能转化的应用研究,最终获得了高效而稳定的PSII基功能组装体系,为构筑新型生物光电器件以及提升农作物产量提供了新思路。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
The Ultrafast Assembly of a Dipeptide Supramolecular Organogel and its Phase Transition from Gel to Crystal
二肽超分子有机凝胶的超快组装及其从凝胶到晶体的相变
DOI: 10.1002/anie.201903829
发表时间: 2019
期刊: Angewandte Chemie International Edition
影响因子: --
作者: [Yuan Tingting, Xu Youqian, Fei Jinbo, Xue Huimin, Li Xianbao, Wang Chenlei, Fytas George, Li Junbai]
通讯作者: Li Junbai
Assembled Vitamin B2 Nanocrystals with Optical Waveguiding and Photosensitizing Properties for Potential Biomedical Application
具有光波导和光敏特性的组装维生素 B2 纳米晶体,具有潜在的生物医学应用
DOI: 10.1002/anie.201900124
发表时间: 2019-05-27
期刊: ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子: 16.6
作者: [Fei, Jinbo, Dai, Luru, Li, Junbai]
通讯作者: Li, Junbai
DOI: 10.1039/c9cc07520h
发表时间: 2019
期刊: Chemical Communications
影响因子: 4.9
作者: [Xue Huimin, Li Xianbao, Wang Keqing, Cui Wei, Zhao Jie, Fei Jinbo, Li Junbai]
通讯作者: Li Junbai
Integrating photosystem II into a porous TiO2 nanotube network toward highly efficient photo-bioelectrochemical cells
将光系统 II 集成到多孔 TiO2 纳米管网络中以实现高效光生物电化学电池
DOI: 10.1039/c6ta04964h
发表时间: 2016-08-21
期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子: 11.9
作者: [Li, Jiao, Feng, Xiyun, Li, Junbai]
通讯作者: Li, Junbai
共 13 条
    芳香性短肽基人工金属酶的组装及其仿生催化性能研究
    • 批准号:
      22572198
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      费进波
    • 依托单位:
    生物分子马达ATP合酶的定向组装及性能调控研究
    • 批准号:
      22072160
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      64.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      费进波
    • 依托单位:
    二肽基有序分子组装体可控相变及其机理研究
    • 批准号:
      21872150
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      65.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      费进波
    • 依托单位:
    pH或氧化还原响应性生物大分子基胶囊的组装及肿瘤诊疗研究
    • 批准号:
      21273250
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      82.0万元
    • 批准年份:
      2012
    • 负责人:
      费进波
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金