叶片拟态材料的构建及其人工光合作用研究

基本信息
批准号:21407111
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:陈丰
学科分类:
依托单位:苏州科技大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐楠,刘成宝,钱君超,杨荷香,刘灿斌,王韬
关键词:
磁性回收人工光合作用叶片拟态材料转化效率半导体
结项摘要

The leaf mimicry ultrathin carbon/α-Fe2O3 nano-film will be synthesized by the carbonization and confinement effect of plant blades. Especially, the reaction conditions will be idealized to translate iron ions to Fe3C through penetrating into the carbon nano-film. The purpose in this project will be addressed on the mechanisms for α-Fe2O3 stimulated to produce the electronic-hole after absorbing solar light energy. First, the effect of carbon nano-film band on the gap semiconductor, conduction band and valence band of α-Fe2O3, would be investigated. And then the relationship between the visible light absorption efficiency of material and structure should be revealed. The high-efficient solar energy leaf mimicry semiconductor photocatalytic materials will be designed and synthesized. In addition, the CO2 and H2O molecular adsorption ability of photocatalytic material structure would be studied. Moreover, the inner link between selective product and conversion efficiency of CO2 and material structure, concentration of reactants, catalyst dosage and light conditions would be analysized. Based on those studied issues, the artificial photosynthesis mechanism of leaf mimicry ultrathin carbon/α-Fe2O3 nano-film as photocatalyst will be formulated. Finally, the reaction efficiency of Fe3C content in composite materials should be analysized. The repeatability utilization ratio of material should be raised by Fe3C superparamagnetism catalyst recycling. In conclusion, it is expected that the use of magnetic leaf mimicry material as artificial photosynthesis photocatalyst for high-efficient conversion solar energy is promising in dealing with the greenhouse effect and promoting the harmonious development of economy and society.

利用植物叶片自身碳化和限域作用,合成叶片拟态碳/α-Fe2O3纳米复合薄层材料,控制反应条件将进入碳纳米薄层的铁离子转化为Fe3C。研究α-Fe2O3吸收太阳光能受激发产生光生电子-空穴的机制,阐明α-Fe2O3半导体导带、价带和能带间隙受碳纳米薄层的影响规律,揭示材料的可见光吸收效率与结构之间的关系,设计并构建高效利用太阳能的叶片拟态半导体光催化材料;研究光催化材料结构对CO2和H2O分子的吸附能力,分析CO2选择性产物及转化效率与材料结构、反应物浓度、催化剂用量和光照条件之间的内在联系,阐明以叶片拟态碳/α-Fe2O3纳米复合薄层为光催化剂的人工光合作用机理;分析复合材料中Fe3C含量对反应效率的影响规律,利用Fe3C的超顺磁性进行催化剂的回收,提高材料重复利用率,构建以可磁性回收的叶片拟态材料为太阳能转化材料的高效人工光合作用体系,缓解温室效应,推动经济与社会的和谐发展。

项目摘要

1本项目在基金资助下,采用多种植物叶片材料作为模板,制备了叶片拟态碳/α-Fe2O3纳米复合薄层材料,利用密度泛函理论对α-Fe2O3的禁带宽度进行计算,约为2.4eV,而实际最小宽度为1.9eV,这是因为形成了复合材料且其中部分Fe2O3被还原成了碳化铁;利用振动样品磁强计研究复合材料的磁学特性,复合材料磁性强于四氧化三铁和铁;利用该材料作为光催化剂,研究其二氧化碳光还原机理,水分子被光生电子还原得到活性氢原子,在液态水体系中与富集的二氧化碳反应生成甲醇,在气态水环境下产物则为甲醇,利用这一反应机理,建立以叶片拟态碳/α-Fe2O3纳米复合薄层材料作为人工光合作用高效还原催化剂的反应体系。以桂花叶作为模板的仿生结构碳/α-Fe2O3材料人工光合作用效率最高,气态状态模拟太阳光照下甲烷产量达到46.8μmol•g-1 cat.,液态状态模拟太阳光照下甲醇产量达到76μmol•g-1 cat.。碳化铁的磁性促进了材料的回收利用,在5次重复使用后,反应效率仍然能保持99%以上。在国内外重要学术刊物上发表论文20篇(其中SCI论文16篇,Journal of Power Sources、ACS Sustainable Chemistry and Engineering、Ultrasonics Sonochemistry、Journal of Alloys and Compounds等IF大于3的论文4篇,EI论文1篇,核心论文3篇);申请国家发明专利6项,授权4项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

DOI:
发表时间:2016
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
4

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

陈丰的其他基金

批准号:48870092
批准年份:1988
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:49772102
批准年份:1997
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:49182005
批准年份:1991
资助金额:4.50
项目类别:专项基金项目
批准号:51508409
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1733113
批准年份:2017
资助金额:34.00
项目类别:联合基金项目
批准号:49272093
批准年份:1992
资助金额:8.50
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

人工光合作用新材料的研发和机理研究

批准号:21573197
批准年份:2015
负责人:孔学谦
学科分类:B0203
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
2

多氨基苯基卟啉/石墨烯团簇的构建及其用于人工光合作用的研究

批准号:61605237
批准年份:2016
负责人:李奇
学科分类:F0509
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

新型蚕丝材料基复合人工酶的构建及其应用

批准号:21771150
批准年份:2017
负责人:林友辉
学科分类:B0506
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

基于负载双金属纳米粒子的金属卟啉复合胶束的构建及其用于人工光合作用的研究

批准号:51503064
批准年份:2015
负责人:柴志华
学科分类:E0310
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目