基于超分子自组装二维共价有机框架的构建及其光催化CO2还原性能研究
批准号:
52073110
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈浩
依托单位:
学科分类:
高分子材料制备
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈浩
中文摘要
具有延展π共轭体系的二维共价有机框架(2D-COFs)已经被证实可用于光催化能源转换,相对于非晶态的共轭多孔聚合物,2D-COFs往往表现出更为优异的光催化性能,这一定程度上归因于其层间非共价作用导致的高度有序的层间堆叠。本项目以集光敏剂和活性位点为一体的金属配位联吡啶基2D-COFs为对象,旨在研究层间非共价作用力对光催化CO2还原转化效率和选择性的影响。拟采用超分子富电/缺电芳香环交替自组装策略,通过芳香环功能化实现层间非共价相互作用力优化,构建取代/未取代芳香环交替全堆叠的2D-COFs。综合利用光催化CO2还原结果,探究非共价作用力对载流子迁移的影响,同时结合芳香环功能化协同调控层内有机骨架2p电子激发到螯合金属3d空轨道的原理,深入分析活性位点在对CO2吸附、多电子转移中的作用机制,揭示2D-COFs光催化还原CO2构效关系,拓展超分子组装在提升COFs光催化能源转换领域的应用。
英文摘要
Two-dimensional covalent organic frameworks (2D-COFs) with extended π conjugation have been proven to be used for photocatalytic energy conversion. Compared with amorphous conjugated porous polymers, 2D-COFs tend to show superior performance. The photocatalytic performance is partly due to the highly ordered interlayer stacking caused by non-covalent interactions between the layers. This project aims to design series of 2D metal coordination bipyridyl based 2D-COFs COFs with embelded photosensitizers and active sites, and the effect of non-covalent interaction between layers on the efficiency and selectivity of photocatalytic CO2 reduction conversion is studied. It is planned to adopt a supermolecular electron rich/deificient aromatic ring alternating self-assembly strategy. Through functionalization of aromatis, non-covalent interaction forces between layers are optimized, 2D-COF with substituted/unsubstituted alternating eclipsed aromatics are constructed. Combined with the experimental results of photocatalytic CO2 reduction, the effect of non-covalent forces on carrier migration is first explored. Along with the principle of aromatics functionalization to coordinately regulate excitation of the organic skeleton 2p electrons in the layer to chelated metal 3d empty orbit, in-depth analysis of the mechanism of anchored metal active sites in CO2 adsorption and multi-electron transfer will be conducted, and then structure-activity relationship of 2D-COFs based photocatalytic reduction of CO2 is developed. Finally, it is expected to expand the application of supramolecular assembly chemistry in the field of 2D-COFs design for enhancing photocatalytic energy conversion.
共价有机框架(COFs)因其优异的设计性和模块化特征,在光催化CO2还原领域得到了广泛应用。然而,2D-COFs层间的超分子自组装作用对载流子传输效率及活性位点调控的影响仍有待深入研究。基于此,本项目开展了以下工作:1)利用现代技术手段,通过席夫碱和Knoevenagel缩合策略设计并合成了一系列光稳定的2D-COFs光催化材料,证实了采用超分子自组装策略可以有效增强2D-COFs的结晶性和稳定性。2)结合理论模拟与实验方法,研究了吸电基团对芳香环π电子云密度的改变或极化效应,揭示了其对2D-COFs空间结构中载流子传输机制的影响。3)借助飞秒瞬态吸收光谱和原位DRS,探究了非共价作用对光催化过程中载流子从初始位置传输到活性位点的影响,阐明了光生载流子的传输过程与非共价作用力之间的关系。4)开发了一种利用芳香环功能化策略调控层间堆叠、提升载流子传输效率的新方法,并揭示了协同增强金属活性中心以提高CO2转化率和选择性的新机制。本项目为合理设计高效的光催化COFs材料提供了新的思路。
助剂耦合光致热电子转移促进过渡金属/氧化物复合材料光热催化合成氨
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批准号:52372081
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:陈浩
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依托单位:
卤素诱导Aurivillius结构Bi基材料氧空位的可控构筑及其可见光再生行为机制研究
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批准号:51872107
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:陈浩
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依托单位:
利用二化螟内源microRNA培育抗二化螟转基因水稻的机理及应用研究
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批准号:31772178
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:陈浩
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依托单位:
助催化剂选择性负载钼酸盐基材料及其光催化降解农药构效关系
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批准号:51572101
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2015
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负责人:陈浩
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依托单位:
利用人工microRNA技术改良水稻抗虫性的应用及其分子机理的研究
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批准号:31000742
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2010
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负责人:陈浩
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依托单位:
国内基金
海外基金