纳米级碳层作为电子介体的多组分共敏化Z型光催化体系的设计与构筑

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0205.无机非金属基复合材料
  • 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

Design and architecture of all-solid-state Z scheme photocatalytic systems inspired by the natural photosynthesis process have been become a hot topic for developing the renewable and clean energy resources through the photocatalysis technique. This kind of artificial heterogeneous Z-scheme photocatalytic systems has broad prospect of application in the fields of photocatalytic water splitting and CO2 photoreduction because of its wide light-absorption range, strong redox ability with high selectivity as well as good photostability. However, the industrial application of these photocatalysts so far is hindered by their drawbacks, such as poor electronic transmission capacity for traditional mediator, less amount of charge-carriers generation, low quantum yields, limited specific surface areas, and so forth. To solve the above scientific issues, we herein plan to hierarchically construct a novel kind of multicomponent co-sensitized Z-scheme photocatalytic systems with size-controlled carbon nanolayer as the continuous electron mediator. It is expected that the optimal combination of good electrical conductivity of carbon nanolayers, semiconductor heterojunction effect, noble metal SPR (coupling) effect, and unique 3D open nanostructure property could synergistically enhance the photocatalytic activity for highly efficient solar-to-fuels conversion. Meanwhile, the dynamics processes on charge-carriers generation and migration would be studied in-depth through the transient photoluminescence spectroscopy and photocurrent responses. At last, the photocatalytic mechanism of these photocatalysts would be proposed by combining the results of verification experiments and theoretical simulation. This work provides a useful platform for the design and synthesis of the multicomponent co-sensitized Z-scheme photocatalytic systems that would exhibit excellent performance in the photocatalytic solar fuels production.
模拟自然界光合作用原理设计并构筑全固态Z型光催化材料体系已成为光催化技术在可再生清洁能源领域的研究热点。该类型光催化材料具有光谱响应范围广、光稳定性优异、氧化还原能力(选择性)强等优点,因此在光解水产氢和光还原CO2制有机低碳燃料方面有着极为广阔的应用前景。然而,较差的电子介体传输能力、较少的光生载流子产率以及较低的光量子效率等缺点一直限制着该类型光催化材料的实用化进程。针对上述科学性问题,本项目拟选取厚度可调的纳米碳层作为连续电子介体,并将其与能带匹配的半导体和贵金属材料区域化分级组装,构筑新型三维开放微纳分级结构多组分共敏化Z型光催化材料体系。利用纳米碳层优异的电子传输性能、半导体异质结效应、贵金属SPR(耦合)效应以及材料独特的纳米结构特性协同提高体系的光催化太阳燃料转换性能。同时,借助辅助性实验和理论模拟实验,探索该类光催化材料光生载流子动力学基本规律,最终揭示其光催化反应机理。

结项摘要

模拟自然界光合作用原理设计并构筑全固态Z型光催化材料体系已成为光催化技术在可再生清洁能源领域的研究热点。本项目利用半导体异质结效应、表面等离激元共振行为、纳米碳材料电子传输性能以及材料本身的纳米结构特性协同敏化Z型光催化体系的载流子动力学过程、增加表面活性位点,基于在半导体异质结体系的构建与筛选、表面等离激元共振敏化体系的拓展与优化以及纳米碳材料的制备与组装等方面的研究结果,采用静电纺丝技术、水热/溶剂热技术、湿化学合成等方法,设计构建了三维开放微纳分级结构多组分共敏化Z型光催化体系,总结了体系中各异质组分、微观结构、异质界面、能带结构对其光催化活性的影响,并且与理论模拟相结合,揭示了体系中光子吸收、载流子分离、迁移以及复合等瞬态过程的基本规律。最后,发展了系列新型宽光谱响应光催化材料,获得了较高的光催化产氢和CO2还原性能。上述研究成果为探索光催化技术在未来环境保护及可持续清洁能源领域的实用化提供了新材料体系。在本项目的资助下,共发表SCI检索论文23篇,包括Advanced Materials、Advanced Functional Materials等,SCI他引564次;1篇论文入选ESI前0.1%热点论文;2篇论文入选ESI前1%高被引论文;授权国家发明专利1项;获得省部级科研奖励4项。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Electrospun Semiconductor-Based Nano-Heterostructures for Photocatalytic Energy Conversion and Environmental Remediation: Opportunities and Challenges
用于光催化能量转换和环境修复的基于静电纺丝半导体的纳米异质结构:机遇和挑战
  • DOI:
    10.1002/eem2.12338
  • 发表时间:
    2022-04-22
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Lu, Na;Zhang, Mingyi;Zhang, Zhenyi
  • 通讯作者:
    Zhang, Zhenyi
Engineering 2D multi-hetero-interface in the well-designed nanosheet composite photocatalyst with broad electron-transfer channels for highly-efficient solar-to-fuels conversion
精心设计的纳米片复合光催化剂中的工程二维多异质界面具有广泛的电子转移通道,可实现高效的太阳能到燃料的转换
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2021.119944
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wu Jinlei;Zhang Yu;Lu Po;Fang Guoqiang;Li Xin;Yu William W.;Zhang Zhenyi;Dong Bin
  • 通讯作者:
    Dong Bin
Synthesis and high pressure studies of white luminescence host-guest complex nanocrystals based on C-60 and p-But-calix[8]arene
基于C-60和p-But-杯[8]芳烃的白色发光主客体复合纳米晶的合成及高压研究
  • DOI:
    10.1088/1361-6528/ab62ce
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Liu Dedi;Fan Xianhong;Dong Dapeng;Zhang Zhenyi;Yu Naisen;Yang Zhenxing;Liu Ran;Liu Bingbing
  • 通讯作者:
    Liu Bingbing
Facile Synthesis of Lacunary Keggin-Type Phosphotungstates-Decorated g-C(3)N(4) Nanosheets for Enhancing Photocatalytic H(2) Generation.
轻松合成缺位 Keggin 型磷钨酸盐修饰的 g-C3N4 纳米片以增强光催化 H-2 生成
  • DOI:
    10.3390/polym12091961
  • 发表时间:
    2020-08-29
  • 期刊:
    Polymers
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Lu N;Sun M;Wei X;Zhang P;Zhang Z
  • 通讯作者:
    Zhang Z
RGO-functionalized polymer nanofibrous membrane with exceptional surface activity and ultra-low airflow resistance for PM2.5 filtration
RGO功能化聚合物纳米纤维膜具有卓越的表面活性和超低气流阻力,适用于PM2.5过滤
  • DOI:
    10.1039/c8en00468d
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Environmental Science-Nano
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Zhang Peng;Wan Dongyang;Zhang Zhenyi;Wang Guodong;Hu Junhua;Shao Guosheng
  • 通讯作者:
    Shao Guosheng

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A self-cleaning coating material of TiO2 porous microspheres/cement composite with high-efficient photocatalytic depollution performance
一种具有高效光催化去污性能的TiO2多孔微球/水泥复合自洁涂层材料
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    10.1016/j.matlet.2017.04.090
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    杨继凯;王国政;王丹;刘春阳;张振翼
  • 通讯作者:
    张振翼

其他文献

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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

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          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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