纳米TiO2-超交联聚合物杂化材料的结构设计及光催化还原CO2研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21771070
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0103.团簇与纳米化学
  • 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

According to the current environment and energy issues that caused by greenhouse effect and carbon resources shortage, it is of great significance for developing solar photocatalytic technology with low-energy consumption in fields of CO2 conversion. The project is stimulated by the shortcomings of TiO2 photocatalysts such as low CO2 adsorption, visible-light utilization and quantum efficiency. The conjugated carbon (or carbon nitride) materials are introduced as the supports for growing nano-sized TiO2 crystals and facilitating the electrons transfer. Then the TiO2 hybridized hypercrosslinked polymer materials are constructed by knitting the support framework with an external crosslinker. Different from the traditional type of porous materials supported photocatalysts, this new strategy of constructing microporous polymer networks around the photocatalysts, can largely maintain their structural superiority. This strategy simultaneously combines the excellent electrons transfer efficiency of supporting materials and high CO2 adsorption as well as wide spectral response ability of microporous polymers. Hence it is more favorable for improving the utilization of solar energy and CO2 conversion efficiency of TiO2 photocatalysts. Based on it, the theoretical calculation is also involved in the molecular design and screening of the polymer materials. The efficiency and selection of CO2 adsorption and conversion can be further improved by structure and heteroatom adjustment. Through studying the relationship between the structural properties and photocatalytic efficiency/selection/mechanism of hybrid materials, we will propose the regulation mechanism of photocatalytic reaction and the possible directions for improvement of photocatalytic performance.
根据温室效应与碳资源短缺引起的环境和能源问题现状,发展低能耗的太阳能光催化转化CO2技术具有重要意义。针对目前TiO2光催化剂较低CO2吸附能力、可见光利用率及量子效率的缺陷,本项目引入共轭碳(氮)材料作为纳米TiO2生长的载体和电子转移助剂,然后对载体骨架外交联编织,制备纳米TiO2-超交联聚合物杂化材料。不同于传统的孔材料负载型光催化剂,这种从催化剂外围构建微孔聚合物网络制备杂化材料的新策略,较大程度保持了其结构优势,同时结合了载体材料优异电子传输性能和微孔聚合物较高CO2吸附与宽光谱响应能力,从而更有益于TiO2光催化剂对太阳光的利用率和CO2催化转化效率。在此基础上,结合理论计算对聚合物材料进行分子设计和筛选,通过结构与杂原子调控进一步提高CO2吸附与转化的效率和选择性;分析总结杂化材料的结构性质与光催化效率/选择性/机理的关系规律,提出光催化反应影响机制以及性能提升的发展方向。

结项摘要

根据温室效应与碳资源短缺引起的环境和能源问题现状,发展低能耗的太阳能光催化转化CO2技术具有重要意义。针对目前TiO2光催化剂较低CO2吸附能力、可见光利用率及量子效率的缺陷,引入碳(氮)材料作为纳米TiO2生长的载体和电子转移助剂,然后对TiO2周围的碳骨架外交联编织,构筑纳米TiO2-超交联聚合物(HCPs)杂化材料。不同于传统的孔材料负载型光催化剂,这种从催化剂外围构建微孔聚合物网络制备杂化材料的新策略,较大程度保持了其结构优势,同时结合了载体材料优异电子传输性能和微孔聚合物较高CO2吸附与宽光谱响应能力,从而更有益于对太阳光的利用率和CO2转化效率。.主要研究内容分为四个部分:① 碳(氮)材料负载TiO2复合光催化剂;② 微孔材料杂化TiO2复合光催化剂的制备与结构调控;③ 超交联多孔聚合物的分子设计调控金属催化剂结构与性能;④ 聚合物与TiO2气固相光催化CO2还原的反应体系优化。取得的重要结果及关键数据为:制备出负载均匀、具有较高比表面积与载流子传输效率的TiO2-HCPs杂化材料,比表面积高达988~1535 m2 g-1,在没有牺牲剂存在下,模拟太阳光全光谱激发下气-固相催化转化CO2生成CO或CH4的产率分别达到39和51 μmol g-1 h-1,并提出了复合材料的光生载流子迁移机理与光催化转化CO2机制,根据建立的构效关系导向HCPs的分子设计,进一步调控Pd催化剂的分散性,实现CH4的高选择性生成(237.4 μmol g-1 h-1)。.本项目提出了光催化剂表面原位编织微孔聚合物的组装新策略,不仅导向光生电子向表面还原活性中心的快速迁移,更重要的是,突破性改善比表面积并丰富了孔结构。在气-固可见光催化系统,初步实现了低浓度CO2的高效吸附、扩散及光催化转化,将给低浓度CO2排放控制与资源化技术的发展提供新思路,拓展在环境净化和能量转换领域的应用。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Recent advances on silica-based nanostructures in photocatalysis
二氧化硅基纳米结构光催化研究进展
  • DOI:
    10.1007/s40843-020-1381-y
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Science China-Materials
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Wang Heng;Tang Qian;Chen Zhen;Li Tao;Wang Jingyu
  • 通讯作者:
    Wang Jingyu
A Facile Approach to Prepare Multiple Heteroatom-Doped Carbon Materials from Imine-Linked Porous Organic Polymers.
从亚胺连接的多孔有机聚合物制备多种杂原子掺杂碳材料的简便方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018-03-09
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yang J;Xu M;Wang J;Jin S;Tan B
  • 通讯作者:
    Tan B
Anchoring ultrafine Pt electrocatalysts on TiO2-C via photochemical strategy to enhance the stability and efficiency for oxygen reduction reaction
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  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2018.05.085
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Jingyu;Xu Min;Zhao Jianquan;Fang Huaifang;Huang Qingzhu;Xiao Weiping;Li Tao;Wang Deli
  • 通讯作者:
    Wang Deli
Drastically enhanced visible light-driven H-2 evolution by anchoring TiO2 nanoparticles on molecularly grafted carbon nitride nanosheets via a multiple modification strategy
通过多重修饰策略将 TiO2 纳米粒子锚定在分子接枝的氮化碳纳米片上,显着增强可见光驱动的 H-2 演化
  • DOI:
    10.1039/c8dt03143f
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Dalton Transactions
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wang Jingyu;Xu Zili;Zhuang Chuansheng;Wang Heng;Xu Xiaochan;Li Tao;Peng Tianyou
  • 通讯作者:
    Peng Tianyou
Photothermal effect promoting CO2 conversion over composite photocatalyst with high graphene content
高石墨烯含量复合光催化剂的光热效应促进CO2转化
  • DOI:
    10.1016/j.jcat.2019.08.010
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xu Min;Hu Xiantao;Wang Shaolei;Yu Junchen;Zhu Dajian;Wang Jingyu
  • 通讯作者:
    Wang Jingyu

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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面向有氧环境低浓度二氧化碳转化的吸附—光催化双位点构建及耐氧机制
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AI项目解读示例

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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