石墨烯杂化/量子点敏化有序结构光电极的优化对光电化学阴极保护的影响机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41676069
  • 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:
    D0602.海洋化学
  • 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

Solar energy resources are extremely rich in marine environment. The clean and environmentally friendly solar energy can be used to provide the photoelectrochemical cathodic protection for the marine metallic structures through the semiconductor photoelectric conversion technology, and this is attracting more and more attentions from researchers. This project will focused on the further investigations on the photoelectrochemical cathodic protection issues of the metallic materials with more negative self-corrosion potential exposed in real marine environment. The graphene hybrid/quantum dots sensitized photoelectrodes with ordered structures will be built and optimized, and the promotion mechanism of the photoelectrochemical cathodic protection performance of the prepared photoelectrodes will be explored and elucidated. Meanwhile, this project will also reveal the role of the hybridization effect of graphene, the microstructure of quantum dots and the construction of the doped hierarchical structures on the photoelectrochemical cathodic protection performance under visible light illumination as well as the continuous cathodic protection performance provided by the photoelectrode after the light is switched off. By using the test methods from Materials Science, Corrosion Science and Photoelectrochemistry, the role of the multi-component synergistic effect on the adjustment of the surface/interface work function of the photoelectrode, and reducing the transfer energy barrier of the photogenerated electrons, as well as improving the depolarization ability of the photogenerated holes on the surface of photoelectrode will be studied in this project. Furthermore, the structure-activity relationship between the microstructure of the photoelectrode and the photoelectrochemical cathodic protection efficiency will be established. This project will provide a scientific foundation for understanding the micromechanism of the photoinduced cathodic protection of semiconductor coatings, and accelerate the application process of the photoelectric materials in the area of cathodic protection.
海洋环境中太阳能资源极为丰富,利用清洁环保的太阳能,通过半导体涂层的光电转换技术,为涉海金属构筑物提供光电化学阴极保护的防腐新方法引起了越来越多科学家的关注。本项目将针对真实海洋环境中对自腐蚀电位较负金属的光电化学阴极保护难题展开进一步研究。优化构筑石墨烯杂化/量子点敏化的有序结构光电极,探索提升光电材料可见光光电化学阴极保护效能的有效机制。从微观层次揭示石墨烯杂化效应、量子点的微观结构、及掺杂多级结构的构建对光电极材料可见光光电化学阴极保护性能及延时阴极保护性能影响的规律。借助材料科学、腐蚀科学及光电化学的研究方法,研究多组分协同作用对调整光电极表/界面功函数、降低光生电子转移能垒、及改进表面光生空穴去极化能力的影响机制。建立光电极材料的微观结构与光电化学阴极保护效能间的构效关系。为进一步认识半导体涂层的光致阴极保护作用的微观机制提供科学依据,加速光电材料在金属阴极保护中的应用进程。

结项摘要

当今,海洋科技不断发展与突破,涉海金属工程材料腐蚀异常严重的问题也迫使研究人员重点攻关。鉴于当前太阳能电池、光电化学及光催化在多领域的迅猛发展,太阳能的有效利用有望缓解日趋枯竭的化石能源的困境。利用海洋中丰富的太阳辐照这一清洁能源,通过光电转换功能材料为基底金属材料提供光生电子进行阴极保护的新技术,在腐蚀防护领域备受关注。当今光电阴极保护材料,在实际海洋环境中对自腐蚀电位较负的金属保护性能欠佳,针对这一难题,如何大幅改善与提升该性能是关键科学问题。现今大部分报道中使用含空穴清除剂的电解液进行研究,但实际海洋环境中基本不含空穴清除剂。因此本项目发展了理论与实验相结合的光阳极系统优化方法,在助力该技术走向实际应用的研究上取得了重要成果:1)成功构建了NaCl溶液环境中(一种模拟海洋环境),具有高效光致阴极保护性能的光阳极,且体系中各组分皆绿色环保,为真实海洋环境下光电阴极保护材料的实际应用提供了最为实用的体系,对推动该技术走向实际应用具有指导意义;2)实现了NaCl溶液中高效共敏化有序结构光致阴极保护光阳极的可控制备,借助多学科交叉的研究方法,揭示了其间多组分量子点结构调控、石墨烯杂化效应、能带电位匹配搭建及调负能带电位对协同提升性能的关键机制;3)发展了一系列新型基层结构,探明了微纳形貌及晶型结构与光阳极光致阴极保护效能间的构效关系;4)阐明了光电极中助剂层等异组分修饰对提升光生电子转移、光生空穴消耗的作用机制;5)基于以上的研究推进及新的认识,最终在光阳极优化构筑上取得了重要进展,ZnInS2/TiO2纳米花丛光阳极具有NaCl溶液中对多种自腐蚀电位较负、更难保护的金属的光电阴极保护优良特性,极大拓展了光电阴极保护材料的实际应用范围。项目执行期间,共发表学术论文18篇及已接收1篇,其中SCI收录期刊论文17篇;获得奖项3项;授权国家发明专利2项、公开国家发明专利3项、已出申请号国家发明专利2件。圆满完成了项目既定目标。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(8)
专利数量(7)
A novel TiO2 nanotube arrays/MgTixOy multiphase-heterojunction film with high efficiency for photoelectrochemical cathodic protection
一种新型TiO2纳米管阵列/MgTixOy多相异质结薄膜,具有高效的光电化学阴极保护作用
  • DOI:
    10.1016/j.corsci.2020.108441
  • 发表时间:
    2020-04-15
  • 期刊:
    CORROSION SCIENCE
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Feng, Chang;Chen, Zhuoyuan;Hou, Jian
  • 通讯作者:
    Hou, Jian
Enhanced photoelectrochemical cathodic protection performance of the secondary reduced graphene oxide modified graphitic carbon nitride
二次还原石墨烯氧化石墨改性氮化碳增强光电化学阴极保护性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    荆江平;孙萌萌;陈卓元;李佳润;许凤玲;许立坤
  • 通讯作者:
    许立坤
Synthesis of a novel three-dimensional sponge-like microporous CdS film with high photoelectrochemical performance and stability
新型三维海绵状微孔CdS薄膜的合成,具有高光电化学性能和稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2020.114524
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Chang Feng;Zhuoyuan Chen;Jiangping Jing;Mengmeng Sun;Jing Tian;Jing Han;Weibing Li;Li Ma
  • 通讯作者:
    Li Ma
Enhanced photocatalytic activity of BiOCl with regulated morphology and band structure through controlling the adding amount of HCl
通过控制HCl的添加量增强BiOCl的光催化活性并调节形貌和能带结构
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2020.127860
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Jing Tian;Zhuoyuan Chen;Jiangping Jing;Chang Feng;Mengmeng Sun;Weibing Li
  • 通讯作者:
    Weibing Li
High-efficiency photoelectrochemical cathodic protection performance of the TiO2/AgInSe2/In2Se3 multijunction nanosheet array
TiO2/AgInSe2/In2Se3多结纳米片阵列的高效光电化学阴极保护性能
  • DOI:
    10.1016/j.corsci.2020.108901
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    CORROSION SCIENCE
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Jiang, Xuhong;Sun, Mengmeng;Feng, Chang
  • 通讯作者:
    Feng, Chang

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    2020
  • 期刊:
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  • 作者:
    宋桂华;彭明浩;张岩;于素平;管志伟;孙萌萌
  • 通讯作者:
    孙萌萌

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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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