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TiO2/Graphdiyne复合纳米材料的制备及其光催化CO2还原性能开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

目前,能源缺乏正在成为一个全球性的核心问题,探索新能源并提高传统能源的可用性是解决能源缺乏问题有效方法之一。太阳能由于具有高度的便利性和环保性而被认为是未来最重要的能源之一。毫无疑问,新型纳米复合材料的开发是提高太阳能利用率的有效途径之一。

自从fujishima和honda首次报道在tio2电极上光电分解水产生氢气和氧气以来,光催化作为一种清洁、廉价和环境友好的技术引起了人们的广泛关注。在各种氧化物半导体光催化剂中,tio2由于其长期的化学稳定性、无毒性、环境友好型、抗化学和光腐蚀、催化活性高、价廉等优点,被看作是一种应用最广泛的光催化材料。然而,tio2作为光催化材料存在以下缺点:(1)tio2光生电子-空穴对复合几率较高,导致其表观量子效率降低;(2)tio2对太阳能的利用率较低,锐钛矿相tio2的禁带宽度较宽(3.2ev),仅能吸收利用太阳光中波长小于387 nm 的紫外光,而紫外光在太阳光中比例大约为4 %。因而如何发展和完善具有高光催化活性的tio2基光催化材料的制备及其表面改性技术是当前光催化技术所面临和必需解决的一个关键问题。

迄今为止,被用来提高tio2的量子效率及扩展其光吸收范围的策略有很多,如:tio2表面染料敏化、量子点敏化和贵金属敏化、金属离子掺杂和非金属离子掺杂、贵金属沉积、非金属沉积、半导体复合等。其中半导体复合是最为常用的一种策略。而在半导体复合中,构建tio2基助催化型异质结是提高光生电子和空穴的分离效率、增强光催化活性的有效策略。常用的助催化剂有pt、pd、au、ag等贵金属,但贵金属来源受限,且价格昂贵,大大限制了其应用。因此,寻找价格便宜、来源广泛、性能优异的助催化剂与tio2进行复合构建tio2基助催化型异质结是近年来的研究热点。

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2. 研究的基本内容与方案

一、 基本内容:

(1) 材料的合成。拟先通过静电纺丝的方法制备得到tio2纳米纤维,再通过静电自组装法制备tio2/gdy复合纳米材料。为了寻找催化性能最优异的复合纳米材料,我们准备做不同比例的tio2/gdy复合材料。

(2) 光催化性能的研究。分别对合成的复合纳米材料进行光催化co2还原性能研究,找到性能最佳的tio2/gdy复合纤维材料。

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3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,熟悉实验所需原料、仪器和设备。确定实验技术方案,并完成开题报告;

第3-7周:确定实验方案以及所需的仪器、材料,通过静电纺丝技术及静电自组装法合成tio2/gdy复合纳米材料;

第8-10周:完成对材料的光催化还原co2性能测试及各项表征分析测试;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] el-khoulyam e, el-mohsnawy e, fukuzumi s. solar energy conversion: from natural toartificial photosynthesis [j]. j photoch photobio c, 2017, 31: 36-83.

[2] li x, wenj, low j, et al. design and fabrication of semiconductor photocatalyst forphotocatalytic reduction of co2 to solar fuel [j]. sci china mater,2014, 57: 70-100.

[3] sorcar s,hwang y j, grimes c a, et al. highly enhanced and stable activity ofdefect-induced titania nanoparticles for solar light-driven co2 reduction into ch4 [j]. materials today, 2017, 20(9): 507-515.

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