半导体表面阵列分布型双贵金属团簇催化材料可控制备及其CO2光催化还原协同增强机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872025
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 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

Due to the high catalytic activity and selectivity, alloy structured noble metal clustercatalysts are widely used in chemical industry, environmental protection and new energy area. Noble metal cluster catalysts show enhanced ability to reduce the activation energy of the CO2 to COOHads intermediate step through the low-coordinated noble metal surface atoms. So, highly dispersed noble metal on the support with fully explored active sites can improve the catalytic activity and optimize the atom utilization of noble metal supported catalysts. Especially, double noble metals catalyst shows better selectivity and catalytic activity, but double noble metals catalyst nearly single-atom scale is unstable due to the aggregation and hard alloy bond formation. Therefore, we proposed a new method to acquire the uniform three-dimensional distribution of the double novel metal clusters at nearly single-atom scale throughout the MOFs channel. This research plans to epitaxial grow ordered metal-organic frameworks (MOFs) layer on a semiconductor nanosheets. On the one hand, the Z-scheme photocatalyst was developed. On the other hand, using the channel array and the confined effect of MOFs, nearly single-atom noble metal clusters array are located and quantitative loaded on the channels of MOFs by a light reduction method. Followed the noble metal clusters will be partly replaced by other kinds of noble metal using a galvanic replacement reaction, and then the well-distribution arrayed double noble metals clusters supported catalysts will be prepared. Postsynthetic modification of MOFs is applied to enhance the selectivity and adsorbability of CO2. Utilizing the photo-reduction of CO2 reaction as a probe, the structure-function relationship of the arrayed double noble metals cluster-semiconductor catalysts can be revealed among structure, size and catalytic activity. Further, the synergistic enhancing effect will be explored among the high selectivity, adsorbability of MOFs and the high catalytic activity of double noble metals clusters.
贵金属合金化与团簇化是调节催化剂与中间产物的吸附能力和提高反应活性与选择性的有效方法。然而高催化性能的双贵金属团簇在近单原子尺度上难以键合或极易团聚。因此,如何在近单原子尺度获得均匀分散且活性位点充分暴露的双贵金属负载型催化剂成为极具挑战性的研究课题之一。本课题拟在半导体纳米片表面定向外延生长超薄MOFs层,获得有序MOFs孔道和定容的限域反应空间,通过光还原法在MOFs限域孔道内定量负载贵金属团簇,进一步对贵金属团簇进行置换反应,获得阵列分布式双贵金属团簇负载型催化剂。该催化剂同时具备双贵金属材料的高选择性、MOFs不饱和配位金属位点和选择吸附特征、半导体MOFs复合的Z型光催化体系及负载型催化剂的高催化活性等特征。以光催化CO2还原为探针反应,研究半导体表面阵列分布式双贵金属团簇催化剂的结构、尺寸与催化性能间的构效关系,揭示催化剂高催化活性、高吸附性和高选择性的催化协同增强机制。

结项摘要

针对当前高催化性能的双贵金属团簇在近单原子尺度上难以键合或极易团聚的问题,本研究从调控和构筑半导体材料的形貌和表面缺陷出发,以氧化物/硫化物半导体为研究对象,在材料表面构筑金属有机骨架(MOFs)/双金属位团簇,对其制备、形成和催化机理进行深入探索,具体研究如下:首先通过硬模板法和水热合成等方式制备得到不同形貌的二氧化钛和硫化物超薄结构,通过改变反应条件和前驱体成分等实验参数实现对材料表面的缺陷构筑,随后通过在半导体材料表面构筑多孔MOFs/金属位团簇,形成均匀分散且结构稳定的团簇位点,得到半导体表面阵列分布型双金属团簇催化材料。本研究通过对材料的形貌调控提高材料的比表面积并提供大量的活性反应位点,进一步通过缺陷构筑以改善半导体材料的能带结构,促进光生载流子的分离,同时对材料形貌调控及缺陷构筑机理进行探究,为光催化材料制备和优化提供了理论依据。通过构筑均匀分散且结构稳定的团簇位点能够获得更优异的光催化活性及特定的反应产物选择性,双金属团簇合金化效应促使金属原子表面电荷重排,改变费米能级附近态密度,改善对反应产物的吸脱附性能与键合方式,提高光生载流子迁移率,促进了二氧化碳及其他反应产物的生成,进一步通过密度泛函理论阐述光催化性能增强机理,为新型复合光催化材料的应用推广提供了数据支持。.此外,我们还对光热转换/导热复合材料进行了结构调控与性能增强的研究,拓展了一类兼具高储能能力、高光热转换率、高热导率和高可靠性的新型复合材料,为新型功能性复合光催化材料在太阳能领域的应用开发提供了技术拓展。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Controllable synthesis and surface modification of molybdenum oxide nanowires: a short review
氧化钼纳米线的可控合成和表面改性:简短回顾
  • DOI:
    10.1007/s42864-020-00033-x
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Tungsten
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dimberu G. Atinafu;Wenjun Dong;Minggang Du
  • 通讯作者:
    Minggang Du
A unique Janus PdZn-Co@C catalyst for enhanced photocatalytic syngas production from CO2 and H2O
独特的 Janus PdZn-Co@C 催化剂,用于增强 CO2 和 H2O 的光催化合成气生产
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2022.107798
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Dongxue Zhou;Xiangdong Xue;Qingjie Luan;Liguo Zhang;Baozhen Li;Xing Wang;Wenjun Dong;Ge Wang;Changmin Hou
  • 通讯作者:
    Changmin Hou
Assembly of flexible nanohelix films: stress-exporting insights into the electrochemical performance of lithium-ion batteries
柔性纳米螺旋薄膜的组装:对锂离子电池电化学性能的应力输出见解
  • DOI:
    10.1016/j.mtnano.2021.100141
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Today Nano
  • 影响因子:
    10.3
  • 作者:
    Dong C.;Li A.;Kobayashi H.;Chang Y.;Li R.;Chen X-B;Dong W.
  • 通讯作者:
    Dong W.
A facile one-step synthesis of porous N-doped carbon from MOF for efficient thermal energy storage capacity of shape-stabilized phase change materials
一种由 MOF 轻松一步合成多孔 N 掺杂碳的方法,用于形状稳定相变材料的高效热能存储能力
  • DOI:
    10.1016/j.mtener.2019.01.011
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    MATERIALS TODAY ENERGY
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Atinafu, Dimberu G.;Dong, Wenjun;Wang, Ge
  • 通讯作者:
    Wang, Ge
In-situ derived graphene from solid sodium acetate for enhanced photothermal conversion, thermal conductivity, and energy storage capacity of phase change materials
从固体乙酸钠中原位衍生石墨烯,用于增强相变材料的光热转化、导热性和储能能力
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2019.110269
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Atinafu, Dimberu G.;Wang, Chen;Wang, Ge
  • 通讯作者:
    Wang, Ge

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先驱体制备SiC纤维的发展历程与研究进展
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  • 作者:
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柔性衬底/刚性薄膜应力褶皱有序结构形成的动态过程
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    徐庆;鲁年鹏;董文钧;曹则贤
  • 通讯作者:
    曹则贤
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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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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