介观结构的设计及其对物质传输的调控与物性增强作用研究
结题报告
批准号:
21031005
项目类别:
重点项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
王丹
学科分类:
B0305.结构化学
结题年份:
2014
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈骏、苏发兵、陈运法、赖小勇、胡柱东、邓金侠、杨梅、李立宏、安小鑫
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中文摘要
本项目以高性能无机固体金属氧化物材料为研究的切入点,在理论计算的基础上进行介观结构设计,通过模板法、自组装法、熔盐拓扑反应法等手段,并结合外场强化方法实施金属氧化物介观结构的可控合成,研究介观结构通过改善物质传输实现材料性能的增强作用。本研究将通过增大高活性比表面积,提高材料的反应活性;构筑多级结构,改善其物质传输;创制纳米复合,提高载流子传输。通过系统地研究材料的性能,并反馈研究结果对理论计算和介观结构设计进行修正,探明结构与性质的构效关系,获得高性能无机固体材料的制备规律,为实现高性能无机固体材料的创制提供依据。
英文摘要
项目执行以来,结合对晶面、表面、界面的理论计算,可控合成了多种具有自支撑结构特点的、多级次的、复合的介观结构的金属氧化物,系统研究了介观结构通过增大有效比表面积,强化物质传输与电荷传递对材料物理化学性能的增强作用,取得了多项创新成果,为高性能无机固体材料的研发打下了坚实基础,出色地完成了预定的目标任务,并在国际上形成了一定影响力。.主要研究成果包括:.1.创造性地发展了一种制备金属氧化物多壳层空心球的普适方法,以吸附了金属离子的碳球为起点,通过对离子吸附和煅烧升温程序的调控,实现了多壳层金属氧化物空心球(包括α-Fe2O3、ZnO、SnO2、Co3O4、TiO2等)的简单一步合成及其壳层间距、壳层厚度等介观结构的精密控制,通过物质传输与介观结构的耦合表现出优异的气敏、光电转换和充放电等性质,开辟了多壳层空心结构材料设计、制备与应用的新方向。.2.将光子晶体硬模板和表面活性剂软模板相结合,制备了多级有序的宏孔-介孔TiO2薄膜,宏孔的引入提高了有效比表面积与物质传输速度,石墨烯的引入抑制了光生电子与空穴对的复合,该结构集提高有效比表面积、分子传输、电子传输于一体,使材料的光催化能力显著提升。.3.在介观结构中引入低维纳米材料,通过纳米复合提高了载流子传输,实现了物性的有机复合。采用密度泛函理论计算了石墨炔、石墨烯与TiO2复合物的几何结构和电子结构,预测TiO2(001)石墨炔复合物具有最强的光催化能力,实验验证了模拟结果。采用水热法制备了Au@TiO2核壳空心球,Au核与TiO2之间形成的肖特基势垒阻止了光生电子的反向流动,Au核作为光散射中心增加了光程并促进了电子传输,以其作为光阳极,光电转化效率提高明显。.项目执行期间发表论文91篇,在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., JACS, Energy Environ. Sci., Nano Letters, ACS Nano等影响因子大于10的刊物上发表论文18篇,论文被国内外引用1770余次。申请中国发明专利23项,已获授权10项。项目负责人王丹研究员2013年获得国家自然科学基金杰出青年基金资助,项目参与人北京科技大学陈骏教授2013年获得国家自然科学基金优秀青年基金资助;培养博士后3 名,博士生10 名,硕士生10 名。
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
DOI:10.1166/jnn.2013.5978
发表时间:2013-02
期刊:Journal of nanoscience and nanotechnology
影响因子:--
作者:Zailei Zhang;H. Che;Jin Sun;X. She;Han Chen;F. Su
通讯作者:Zailei Zhang;H. Che;Jin Sun;X. She;Han Chen;F. Su
Bi-O covalency in PbTiO3-BiInO3 with enhanced ferroelectric properties: Synchrotron radiation diffraction and first-principles study
PbTiO3-BiInO3 中的 Bi-O 共价键具有增强的铁电性能:同步辐射衍射和第一原理研究
DOI:10.1063/1.4881614
发表时间:2014-06
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Wang, Fangfang;Fan, Longlong;Ren, Yang;Chen, Jun;Xing, Xianran
通讯作者:Xing, Xianran
Multiferroic properties and enhanced magnetoelectric coupling in (1-x)PbTiO3-xNdFeO(3) (vol 15, pg 91, 2013)
(1-x)PbTiO3-xNdFeO(3) 中的多铁性和增强磁电耦合(第 15 卷,第 91 页,2013 年)
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Solid State Sciences
影响因子:3.5
作者:Xing, X. R.;Peng, Xin;Kang, Huajun;Liu, Laijun;Hu, Changzheng;Fang, Liang;Chen, Jun
通讯作者:Chen, Jun
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Dalton Transactions
影响因子:4
作者:Wu, Hui;Wang, Fangfang;Rong, Yangchun;Chen, Jun;Deng, Jinxia;Yu, Ranbo;Fang, Liang;Huang, Qingzhen;Xing, Xianran
通讯作者:Xing, Xianran
Synthesis of a hierarchically meso-macroporous TiO2 film based on UV light-induced in situ polymerization: application to dye-sensitized solar cells
基于紫外光诱导原位聚合的分级介孔二氧化钛薄膜的合成:在染料敏化太阳能电池中的应用
DOI:--
发表时间:2014
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Li, Zhiwen;Lin, Kaifeng;Lin, Kaifeng;Wang, Shuo;Wang, Shuo;Xu, Rongguo;Xu, Rongguo;Wang, Dan;Wang, Dan
通讯作者:Wang, Dan
专题研讨类:无机固态化学和合成化学发展论坛
异质中空多壳层结构的可控合成与光催化还原CO2性能研究
  • 批准号:
    22111530178
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    40万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王丹
  • 依托单位:
异质中空多壳层结构的可控合成与光催化还原CO2性能研究
金属氧化物半导体多壳层中空结构的可控合成与光解水性能研究
金属氧化物半导体材料介观结构设计及其光催化性能调控
复合金属氧化物空心球的设计及其气敏增强作用
蒙脱土层空间的设计与调控及其在冶金废水处理上的应用
新型层状过渡金属磷酸盐的合成、主客体化学及性质研究
国内基金
海外基金