基于"光聚集-气富集"策略的CH4-CO2光催化转化研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21673073
  • 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:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Photocatalytic conversion of CH4 and CO2 is significant both for energy development and environmental remediation. However, the current photocatalytic system is hard to achieve a high coupling conversion efficiency due to the simple strucuture and characteristics of photocatalysts. This project proposes to design and prepare hollow microarrays of bimetal-containing Ti-based photocatalyst through nanocasting and layer-by-layer self-assembly technologies for the coupling conversion of CH4 and CO2, which is based on the common application base of porous Ti-based photocatalysts both in the non-coupling conversion of CH4 and CO2 and the respective structure properties of the reactants. The light-collecting and gas-enrichment effect will be used to improve the coupling conversion efficencey. The light-collecting effect refers to improving the light-absorption efficiency of the interior active center through the multiple light scattering effect of the hollow cavity. The gas-enrichment effect means to enrich CO2 by alkaline metal ions and activate C-H bond of CH4 by light-responsible metal ions. Finally, assisted by light-range broadening strategy, the conversion efficiency of CH4-CO2 will be improved by sufficient radicals produced from intensive light irradiation. Through revealing the relation between structure (architecture, constituent and surface/intersurface property) and activity (conversion efficiency and selectivity), and explain the reaction process and conversion mechanism, we hope to achieve a solid progress on photocatalytic coupling conversion of CH4 and CO2 and lay a theoretical foundation for the development of more efficient photocatalysts.
CH4-CO2光催化转化具有能源开发及环境治理的双重意义,但当前所用催化剂结构性能单一,难以实现两种高稳定分子之间的高效耦合转化。申请者拟从现有在CH4、CO2非联合转化中兼具应用基础的钛基多孔光催化剂出发,针对反应分子结构特性,采用纳米浇铸-层层自组装技术构建空腔型双金属掺杂钛基多孔有序阵列,利用阵列的“光聚集”及“气富集”效应提高双分子协同转化效率。“光聚集”指利用空腔的多重光散射效应增强催化剂内部光活性中心的光吸收;“气富集”为利用骨架碱性金属离子实现CO2的富集、具有光驱动C-H键极化能力的金属离子实现CH4的活化。最终,结合吸收光谱拓宽手段,利用宽光谱“光聚集”下产生的高浓度自由基提高两者协同转化效率。通过揭示催化剂结构组成、表/界面性质与转化率、选择性之间的构效关系,阐明反应历程及转化机制,实质性推动光催化技术在CH4-CO2转化中的应用,为更高效光催化体系的开发提供理论基础。

结项摘要

将甲烷与二氧化碳进行协同转化不仅能缓解温室效应,还能制备碳氢化学品。传统热催化过程耗能巨大、催化剂易积碳失活,反应体系存在严重的高能耗低产出的问题。光催化反应可利用光子能量在低温下催化转化甲烷与二氧化碳。然而,传统光催化剂难以同时活化这两种高度对称的反应物分子。本项目主要根据“光聚集-气富集”策略展开研究,利用空腔结构增强光吸收效率,可通过骨架及表面结构性能调控,达到提高两种高稳定反应物分子在催化剂表面光驱动极化-活化效率的目的。研究内容主要包括:(1)构建了Ga掺杂及Pt负载的大孔-介孔TiO2-SiO2,探究掺杂及负载改性策略对催化剂电子结构调控、甲烷活化方式的影响;(2)设计并制备不同元素掺杂的TiO2-SiO2,探究掺杂类型对甲烷转化效率及作用机制的影响;(3)制备了Pt负载的Ga2O3,探究了Pt纳米粒子几何构型及电子结构对甲烷吸附及乙烷解吸的影响。相比于传统光催化剂,本项目开发的甲烷-二氧化碳转化光催化剂具有高活性、高稳定性、高选择性的优势。本项目的研究将为开发高效甲烷-二氧化碳转化光催化剂提供新思路,推动光催化能源转化的发展应用。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
SERS self-monitoring of Ag-catalyzed reaction by magnetically separable mesoporous Fe3O4@Ag@mSiO(2)
磁分离介孔Fe3O4@Ag@mSiO(2)的SERS自监测Ag催化反应
  • DOI:
    10.1016/j.micromeso.2017.12.013
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Microporous and Mesoporous Materials
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xu Yin;Yan Xuefeng;Fang Wenzhang;Daniele Stephane;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
  • 通讯作者:
    Wang Lingzhi
Synthesis of yolk-shell Fe3O4@void@CeO2 nanoparticles and their application in SERS
蛋黄壳Fe3O4@void@CeO2纳米颗粒的合成及其在SERS中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2020.148422
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zheng Xinlu;Zhang Weiwei;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
  • 通讯作者:
    Wang Lingzhi
Photocatalytic non-oxidative coupling of methane: Recent progress and future
甲烷光催化非氧化偶联:最新进展与未来
  • DOI:
    10.1016/j.jphotochemrev.2020.100400
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY C-PHOTOCHEMISTRY REVIEWS
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wu, Shiqun;Wang, Lingzhi;Zhang, Jinlong
  • 通讯作者:
    Zhang, Jinlong
Operando SERS self-monitoring photocatalytic oxidation of aminophenol on TiO2 semiconductor
Operando SERS 自监测 TiO2 半导体上氨基苯酚的光催化氧化
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2017.10.009
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yan Xuefeng;Xu Yin;Tian Baozhu;Lei Juying;Zhang Jinlong;Wang Lingzhi
  • 通讯作者:
    Wang Lingzhi
Visible Light-Driven Selective Organic Degradation by FeTiO3/Persulfate System: the Formation and Effect of High Valent Fe(IV)
FeTiO3/过硫酸盐体系可见光驱动的选择性有机降解:高价 Fe(IV) 的形成和作用
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2020.119414
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Pan, Lihan;Shi, Wen;Zhang, Jinlong
  • 通讯作者:
    Zhang, Jinlong

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其他文献

金属离子在阿尔茨海默病中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    呼日勒特木尔
表面粗糙度对导线风荷载及涡激振动的影响
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2018.07.022
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孙毅
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘惠清;严明渝;王灵芝
  • 通讯作者:
    王灵芝
山东地区不同垂直骨面型成人Ⅱ类患者平面倾斜度的锥形束CT转化分析
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    10.16098/j.issn.0529-1356.2022.02.011
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张天禛;郑新宇;张伟;贺紫荆;王灵芝;任大鹏;袁晓
  • 通讯作者:
    袁晓
鸦胆子转录组测序及基因功能注释
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中南药学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石好宇;王惠芸;赵艺;朱甫臻;尹艳燕;缪剑华;王灵芝
  • 通讯作者:
    王灵芝

其他文献

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王灵芝的其他基金

大孔-介孔钛氧锂离子筛的制备及其锂离子吸附性能研究
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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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