铁电极化调控外延钙钛矿薄膜催化活性的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804145
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2006.铁电与多铁体系
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The developing of sustainable and clean energy, such as hydrogen energy by water splitting, has been playing a key role in solving energy crisis and environment pollution. With no doubt, high efficient oxygen evolution reaction (OER) catalysts take the priority in such technology. In this research, the polarization of ferroelectric domains in PbTiO3 will be introduced to improve the OER performance of SrCoO3-δ catalyst in electrochemical reactions by adopting a Laser-MBE prepared SrCoO3-δ/PbTiO3/SrRuO3/ SrTiO3 multilayers. On the one hand, the perovskite nature of the SrCoO3-δ catalyst could be stabilized as the oxygen vacancies produced during OER reactions are driven to the bottom layer by the polarization electric filed; on the other hand, the diffusion of oxygen vacancies could be accelerated by the polarization electric field as well. Thus, the overall catalysis performance would be improved. In this project, we firstly target on the preparation of epitaxial multilayers with high OER performance, and then try to figure out the relationship between the ferroelectric domains and the OER performance. To understand the mechanism of polarization enhanced electrochemical catalysis, the band structures of the SrCoO3-δ/PbTiO3 heterojunctions will be built with the aid of first principle calculations, which contributes to the improvement in catalysis performance and the design of novel transition metal oxide catalyst in further.
清洁可再生能源的开发,如电解水制氢是解决能源与环境问题的重要途径。其关键技术是开发高效的析氧反应催化剂。本项目拟以激光分子束外延法制备的多层膜SrCoO3-δ/PbTiO3/SrRuO3/ SrTiO3为对象,采用电化学的方法,研究PbTiO3铁电薄膜的极化对提升钙钛矿结构SrCoO3-δ薄膜催化速率的影响,以改进析氧反应催化剂的效率。在PbTiO3薄膜极化电场的作用下,一方面,SrCoO3-δ薄膜中的氧空位会不断向底层扩散,从而稳定了表面钙钛矿结构的催化效率;另一方面,极化电场提升了薄膜的空穴电导,从而提升了催化效率。本项目拟通过实验探索,设计制备出高效催化的外延多层膜;并结合理论计算,明确铁电调控层畴结构与催化性能的关系,揭示最大催化效率下催化层与铁电层的界面能带结构,深入理解铁电极化增强电化学催化性能的机制,为进一步研究控制和改善过渡金属氧化物的催化性能做出理论和应用的参考。

结项摘要

清洁可再生能源的开发,如电解水制氢是解决能源与环境问题的重要途径。其关键技术是开发高效的析氧反应催化剂。本项目以激光分子束外延法制备的多层膜SrCoO3-δ/PbTiO3/SrRuO3/ SrTiO3为对象,采用电化学的方法,研究PbTiO3铁电薄膜的极化对提升钙钛矿结构SrCoO3-δ薄膜催化速率的影响,以改进析氧反应催化剂的效率。本项目通过实验探索,首先制备了高质量SrCoO3-δ 单层外延薄膜,发现SrCoO3-δ单层薄膜的在电催化环境下的由钙铁石结构到钙钛矿结构的可逆转化。接着制备了高质量SrCoO3-δ/PbTiO3/SrRuO3外延多层膜。通过对SCO/PTO/SRO/NSTO多层薄膜的电催化研究,我们发现:电极化PTO铁电薄膜可以有效提升薄膜的催化效果。相对钙钛矿结构的SCO薄膜而言,铁电极化对钙铁石结构SCO的电催化性能提升明显。催化层SCO薄膜必须维持一定的厚度以保持结构的稳定性。这些发现为进一步研究控制和改善过渡金属氧化物的催化性能做出理论和应用的参考。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
High-Conductive Protonated Layered Oxides from H2O Vapor-Annealed Brownmillerites.
由 H2O 蒸气退火褐铁矿制成的高导电质子化层状氧化物。
  • DOI:
    10.1002/adma.202104623
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Hu Songbai;Zhu Yuanmin;Han Wenqiao;Li Xiaowen;Ji Yanjiang;Ye Mao;Jin Cai;Liu Qi;Hu Sixia;Wang Jiaou;Wang Junling;He Jiaqing;Cazorla Claudio;Chen Lang
  • 通讯作者:
    Chen Lang
Electric Polarization Switching on an Atomically Thin Metallic Oxide
原子薄金属氧化物的电极化转换。
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c03417
  • 发表时间:
    2021-01-13
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Ye, Mao;Hu, Songbai;Chen, Lang
  • 通讯作者:
    Chen, Lang
Strain-Induced Microstructure Damage in SrCoO3-delta Thin Films during the Oxygen Evolution Reaction
析氧反应过程中 SrCoO3-δ 薄膜中应变诱导的微观结构损伤
  • DOI:
    10.1021/acsaem.1c02419
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Energy Materials
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Han Wenqiao;Hu Songbai;Liu Qi;Jin Cai;Zhou Liang;Ye Mao;Xu Zedong;Zhu Yuanmin;Chen Lang
  • 通讯作者:
    Chen Lang

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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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