二维材料MXene及其复合材料的制备及光催化降解有机物性能的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

水环境内一般都能检测到各种新兴污染物,这些有机污染物在人体某些结构上起作用并分泌干扰化合物,会影响人体内分泌系统[1,2]。如今,大量研究表明,一些半导体复合材料能在光照条件下对有机物的降解起催化作用。近年来,mxene等二维材料因其具有优良的表面电子传输能力和更多的化学活性位点受到广泛关注。

一般来说,光催化降解有机物的过程涉及到以下步骤。首先,在光照下,电子-空穴对被合适的光子激发,其能量(hv)等于或高于半导体的带隙(eg)。第二,光生电荷载流子与空穴分离,光生电子从价带底跃迁至导带。三,光生空穴可以氧化有机污染物,光生电子与表面活性位点吸收的有机污染物发生光催化反应[3]。到现在为止,光催化有机物降解反应的速率仍然远离实用的要求应用范围。这主要是由于电子-空穴对的快速结合重组和表面化学反应活性位点不足,两者都大大降低了光致电荷载流子的利用效率[3]

如今,最有效的解决方法之一是采用金属碳化物、氮化物等进行掺杂复合。尤其是贵金属如pt[4],pd[5],au[6],ag[7]等。此类助催化剂可以改善电子-空穴对的分离和转移,并提供更多与有机物分子反应的活性位点[8]。虽然这些贵金属助催化剂能显著提高光催化效率,但它们昂贵的价格和严重的稀缺在很大程度上限制了他们的广泛应用。因此,探索不含贵金属的助催化剂来提高光催化降解有机物效率具有重要意义。

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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:使用氢氟酸刻蚀ti3alc2陶瓷,将铝层刻蚀掉,形成ti3c2x二维层状形貌,并通过ti3c2x表面官能团与铋系半导体材料配位形成二维材料复合材料。

材料表征:对mxene复合材料进行结构表征和形貌表征测试,通过xrd、tem、sem、xps、红外等表征手段对其物相组成、形貌结构、元素构成、分子集团和原子化学状态进行了分析。

材料测试:测试不同组分含量的mxene复合材料对有机染料的降解效率。

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3. 研究计划与安排

第1周:查阅相关文献并完成英文翻译;

第2周:明确研究内容,在知网查阅参考文献了解国内外关于二维材料mxene及其复合材料的研究概况以及发展趋势,从中了解该课题对社会,健康,安全,成本以及环境等有关方面的影响;

第3周:完成开题报告并进行完善;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] bhatnagar a, anastopoulos i. adsorptive removal of bisphenol a (bpa) from aqueous solution: a review.[j]. chemosphere, 2016, 168:s0045653516315120.

[2] wee s y, aris a z. endocrine disrupting compounds in drinking water supply system and human health risk implication[j]. environment international, 2017, 106.

[3] xia p, zhu b, yu j, et al. ultra-thin nanosheet assemblies of graphitic carbon nitride for enhanced photocatalytic co2 reduction[j]. journal of materials chemistry a, 2016, 5(7).

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