石墨烯納米孔分解分子的調控機制研究

《石墨烯納米孔分解分子的調控機制研究》是依託吉林大學，由王曉春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯納米孔分解分子的調控機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王曉春
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

光合作用是生物轉化存儲太陽能的有效方式，對環境無污染。模仿光合作用，開發清潔能源材料，有助於解決霧霾等環境污染問題。本課題擬運用第一性原理計算和實驗檢驗相結合的方法，來研究石墨烯納米孔分解分子和隔離生成物的調控機制，以模仿光合作用中的生物膜，同時實現分解和隔離這兩項功能。前期研究發現，石墨烯納米孔可以通過納米拉力效應同時實現分解分子和隔離生成物這兩項功能。本課題要深入研究納米拉力效應的形成原因，以及不同原子修飾的納米孔對分解分子和隔離產物的影響機制。並進一步探索電場或磁場對納米孔分解分子和隔離產物的調控機制，以建立對該過程的人工調控理論模型。最後，利用石墨烯薄膜材料的實驗來檢驗調控理論模型。研究成果將有助於從原子分子層次上,深入揭示光合作用的生物物理機制，為設計含能材料和模仿光合作用的清潔能源材料開闢新的有效途徑。

結題摘要

光合作用是生物轉化存儲太陽能的有效方式，對環境無污染。模仿光合作用，開發清潔能源材料，有助於解決霧霾等環境污染問題。本項目系統地研究了二維納米薄膜石墨烯納米孔分解分子、斷裂氫氧鍵或碳氫鍵等原子鍵的機制。發現金屬鈦原子嵌入氮摻雜石墨烯納米孔薄膜可以斷裂水分子的氫氧鍵，鈦原子是電子轉移通道，並產生明顯的磁性，有利於氫氧鍵的斷裂，顯著減少水分子分解的勢壘，以用來製取氫氣，是一種清潔能源材料。其它納米結構分解水分子等小分子的研究進展順利，相關研究成果會陸續發表出來。實驗上，基於本課題的研究成果，聯合實驗課題組正在開展利用有機納米材料分解小分子的驗證性試驗，來檢驗理論預測的可行性。在原子分子層次上,揭示了石墨烯納米結構分解分子的微觀機制，為設計含能材料和模仿光合作用的清潔能源材料開闢新的有效途徑。此外，研究了五邊形石墨烯，首次提出“原位質子轉移”的概念。該納米結構，可作為單原子納米磁性開關，用於納米機電設備。鈦原子摻雜石墨烯納米薄膜對甲醛分子敏感，並具有適當的結合能和超短的恢復時間，可用於設計檢測甲醛有害氣體的僅有1納米厚度的柔性薄膜。 項目執行期間，已發表標註本項目資助的SCI檢索的期刊論文9篇，其中包括Carbon 1篇，Applied Surface Science 2篇，被Chinese Physics B期刊編輯部標記為編輯推薦文章 1篇，在吉林大學新聞網站報導的SCI文章1篇。還有多篇文章在投。項目負責人在國際學術會議上做邀請報告一次,做牆報展示一次；獲得了吉林大學優秀碩士學位論文指導教師獎。指導學生獲得研究生國家獎學金2人，吉林大學優秀碩士學位論文1人。本項目組會繼續在綠色新能源和仿生材料領域深入研究，期待更好的研究成果。