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纳米Au修饰对TiO2材料电子界面迁移和光催化性能的影响开题报告

 2020-02-18 07:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着工业的发展和人口的快速增长,能源问题和环境污染的问题日益突出,为了人类社会的可持续发展,研发出新型高效并且无污染的解决方案成为当今科研领域的重点。在众多的能源中,太阳能具有清洁,无污染并且可再生的特点,因此如何高效的利用太阳能是研究解决方案的主要方向,半导体光催化技术可以将太阳能转化为反应所需的化学能1,其作为解决环境问题的新技术得到人们的广泛关注,表现出了良好的应用前景。

在众多的半导体光催化剂材料中,tio2展现了巨大的潜力,具有活性高,稳定性好,抗腐蚀能力强,价格低廉等优点,但是其自身的能带结构特点也在一定程度上限制了其应用,tio2的禁带宽度较宽(锐钛矿相3.2 ev,金红石相3.0 ev), 一方面,只能被波长小于380 nm的紫外光所激发,对太阳光的利用率较低,另外,单纯tio2在光激发下产生的电子-空穴对较容易复合,这较大地限制了tio2材料在光催化领域的应用2,同时其大的比表面积产生的表面断键等,会在其禁带中产生大量的表面态能级,从而影响电荷的传输、复合和界面迁移3, 4。为克服以上的问题,人们进行了一系列的探索研究,如元素掺杂法,染料敏化法,半导体复合法,表面贵金属沉积法等,试图拓展tio2的光响应范围到可见光区,并提高其光催化量子效率5。其中沉积贵金属是对tio2进行改性的最主要方法。

相关研究表明,金纳米颗粒是性能优异的电子助剂。与其他贵金属,如pt相比金颗粒的价格较低并且容易获得,毒性也较小,其在tio2表面沉积,可以有效改变tio2体系的电子分布,影响到tio2的表面性质,使光电子和空穴得以有效的分离,从而使迁移到金纳米颗粒表面的电子发生还原反应6, 7

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:本课题采用p25为客体材料,制备纳米au修饰的tio2材料,通过光沉积方法在材料上负载纳米au粒子。

材料表征:对纳米au修饰的tio2材料进行结构表征和电学性能测试,并通过xrd,n2吸/脱附,tem,sem,红外uv-vis吸收等表征手段对其形貌结构及其元素组成进行分析,

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,制备纳米au修饰的tio2复合材料。

第7-10周:采用xrd、sem、红外uv-vis吸收等测试技术对复合材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试,进行不同温度下的光电导测试和丙酮光催化实验。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] x. yan, t. ohno, k. nishijima, et al. is methylene blue an appropriate substrate for a photocatalytic activity test? a study with visible-light responsive titania[j]. chemical physics letters, 2006, 429: 606-610.

[2] 祝文豪, tio2纳米复合材料制备及其光催化性能研究[d].浙江:浙江理工大学, 2017: 2-5.

[3] j. bisquert, f. fabregat-santiago, i. mora-seró, et al. a review of recent results on electrochemical determination of the density of electronic states of nanostructured metal-oxide semiconductors and organic hole conductors[j]. inorganica chimica acta, 2008, 361: 684-698.

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