全氮化物光/电催化剂复合电极的构建及其太阳能分解水机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875105
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0906.光能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is crucial to explore efficient semiconductor photoanodes with narrow band gaps for their practical application in photoelectrocatalytic water splitting. Some nitrides, such as Ta3N5 and InGaN, are very promising photoanode materials due to their suitable band gaps and band positions, and long diffusion length of minority carriers. However, low photo-voltage in these nitride photoanodes limits their practical applications. If oxygen species on the surfaces of nitride photoanodes are higher, the photovoltages will be lower. In this proposal, some efficient transition metal (Fe, Co, Ni, Mn, Cr and so on) nitride electrocatalysts for oxygen evolution reaction will be coated on the surfaces of Ta3N5 and InGaN photoanodes, to construct all-nitride photocatalyst/electrocatalyst composite photoanodes, which can decrease oxygen concentration on the surfaces of Ta3N5 and InGaN and improve the nitride photoelectrodes’s efficiency. Moreover, activation method and mechanism of all-nitride composite photoanodes will be further investigated. The effects of composition, thickness and resistance of nitride electrocatalysts on the photovoltages will be studied in details. With theoretical calculations, adsorption of H2O on the surfaces and photo-generated charge transfer at the interfaces of composite photoanodes will also be analysed. This study will provide some scientific and experimental bases for research to design and develop efficient nitride photoelectrocatalysts.
开发高效窄带隙半导体光阳极是实现太阳能光电催化分解水制氢的关键。一些金属氮化物光阳极,如Ta3N5和InGaN等,具有合适的带隙和导价带位置以及少数载流子扩散距离长等优势,是非常有潜力的光阳极材料。然而,这些氮化物光阳极低的光生电压限制了它们的实际应用。氮化物光阳极表面氧物种越高,会导致其光生电压越低。本项目拟将高活性过渡金属(Fe、Co、Ni、Mn、Cr等)氮化物析氧电催化剂担载在Ta3N5或InGaN等光催化电极表面,构筑全氮化物光/电复合电极,阻止氮化物光催化剂表面引入氧物种,从而提高其光电压。此外,通过研究阐明全氮化物光/电催化剂复合电极的激活方法与机理。研究氮化物电催化剂的成分、厚度、导电性等对复合电极光电压的影响规律。结合理论计算,研究全氮化物光/电催化剂复合电极界面水的吸附行为与光生电荷传输机制。本研究将为设计和开发高效氮化物光电催化材料提供实验基础和理论支持。

结项摘要

光电化学电池是一种太阳能低成本存储的有效方法。针对太阳能转化效率低与界面电荷传输机制不清等关键问题,本项目开展了半导体光电极的表界面电荷传输机制、性能提升方法以及高效全器件构筑等方面的研究。主要研究结果如下:(1)发现了半导体/催化材料、半导体/储能材料、半导体/电解液、半导体/半导体等界面广泛存在可逆的电子离子耦合传输行为,提出了法拉第结新概念和新理论。该理论的提出改变了对固体表界面只存在电子传输的传统认知,具有原创性。(2)提出了氧化还原电位窗口是描述法拉第结界面电荷转移性质的关键参数。通过调控电位窗口显著提高了法拉第结电极的光电压,通过调节半导体表面法拉第层的羟基含量,提高了光电极太阳能分解水光电流。(3)发明了基于法拉第结的两端口太阳能充电全器件,实现了可循环的无偏压光充电-暗放电,并提出了两端口太阳能充电器件无偏压工作的构筑原则。此外,发现了法拉第结太阳能充电器件具有光电压记忆效应的新特性并阐明了其机理。.在本项目的资助下,项目负责人共发表了包括Nat. Commun.(2)、Angew. Chem. Int. Ed.、Natl. Sci. Rev.、Chem. Sci.等期刊在内的论文10篇,申请了中国发明专利3项,培养了研究生8名,圆满完成预期研究目标。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Bipolarized intrinsic faradaic layer on a semiconductor surface under illumination.
照明下半导体表面的双极化本征法拉第层
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwac249
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
    National science review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
An Extrinsic Faradaic Layer on CuSn for High-Performance Electrocatalytic CO2 Reduction
CuSn 上的外在法拉第层用于高性能电催化 CO2 还原
  • DOI:
    10.31635/ccschem.021.202100794
  • 发表时间:
    2022-01-01
  • 期刊:
    CCS CHEMISTRY
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Ren, Feilong;Hu, Wenjian;Zou, Zhigang
  • 通讯作者:
    Zou, Zhigang
A Capacitor-type Faradaic Junction for Direct Solar Energy Conversion and Storage
用于直接太阳能转换和存储的电容器型法拉第结
  • DOI:
    10.1002/anie.202011930
  • 发表时间:
    2020-11-16
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Wang, Pin;Chen, Xiangtian;Zou, Zhigang
  • 通讯作者:
    Zou, Zhigang
Reversible Charge Transfer and Adjustable Potential Window in Semiconductor/Faradaic Layer/Liquid Junctions
半导体/法拉第层/液体结中的可逆电荷转移和可调电势窗口
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2020.100949
  • 发表时间:
    2020-03-27
  • 期刊:
    ISCIENCE
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Chen, Xiangtian;Zhu, Kaijian;Zou, Zhigang
  • 通讯作者:
    Zou, Zhigang
Thiourea-assisted coating of dispersed copper electrocatalysts on Si photocathodes for solar hydrogen production
用于太阳能制氢的硅光电阴极上硫脲辅助分散铜电催化剂的涂层
  • DOI:
    10.1016/j.jechem.2019.02.012
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Energy Chemistry
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Pin Wang;Ziyu Yin;Linfeng Gao b;Hui Li;Tongyu Zhang;Qing Shen;Jun Lv;Yingfang Yao;Wenjun Luo;Zhigang Zou
  • 通讯作者:
    Zhigang Zou

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其他文献

Cost Savings Resulting from Optimum Material Selection
最佳材料选择带来成本节约
  • DOI:
    10.1061/(asce)cf.1943-5509.0001282
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    J. Perform. Constr. Facil.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗文俊;Changjie Xu;Wennian Yu
  • 通讯作者:
    Wennian Yu
车辆-高架桥耦合系统竖向振动分析车辆轨道新模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    华东交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗文俊;雷晓燕;练松良
  • 通讯作者:
    练松良
基于FE-SEA混合法箱形梁结构噪声预测分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    铁道学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗文俊;杨鹏奇;张子正
  • 通讯作者:
    张子正
城市轨道交通单线U型梁振动与噪声分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    铁道工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗文俊;程龙
  • 通讯作者:
    程龙
Poisson过程中的几何分布
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高校应用数学学报A辑(中文版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡尧;戴家佳;罗文俊
  • 通讯作者:
    罗文俊

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高性能两端口太阳能充电器件的构筑及其界面电荷传输机制研究
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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

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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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