氧化铈基半导体材料的晶面诱导调控及其光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

当今社会随着经济迅速发展，能源紧缺的问题逐渐严重。尤其是近年来石油价格连涨和煤电供应日益紧张，使得常规化石能源难以完全满足经济发展需要。所以，开发清洁无污染且可持续使用的新能源对能源安全和生态环境的保障具有十分重要的意义。其中，氢气作为一种清洁能源可以用来代替化石能源。半导体光催化材料因其独特的物理化学性能，已经在光催化降解污染物、净化空气、光催化分解水产氢、光催化还原二氧化碳和染料敏化太阳能电池等多个领域得到应用。

铈作为地球上含量最丰富的稀土元素之一，二氧化铈也具有类似于二氧化钛的光催化性能，是一种可以替代二氧化钛的潜在材料。但是由于其禁带较宽，降低了其光催化作用。研究表明不同晶面具有不同的催化活性，而高活性晶面的暴露可以提高光催化半导体材料的光催化效率。根据第一性原理可知，通过晶面调控剂的加入可以使高活性晶面的表面能降低，从而暴露高活性晶面。有研究表明将f^-、oh^-、pvp等作为晶面调控剂，可以降低ceo₂高活性{200}面的表面能至{111}面以下，从而制备得到暴露高活性晶面的ceo₂晶体。目前制备暴露高活性面ceo₂的方法很多，有水热法、溶剂热法、模板法、溶胶凝胶法等。其中生物模板具有结构独特，易获取的特点。本课题以花瓣作为生物模板，ce(no₃)₃为铈源，加入晶面调控剂和表面活性剂，通过简单的水热法和高温煅烧制备暴露高活性面的ceo₂同时使其复制出较好的生物结构，以获得具有较好光催化性能的纳米材料。

（1）通过简单的水热法和高温煅烧制备暴露高活性面的铈基复合氧化物.

2. 研究内容和预期目标

研究内容：将花瓣在乙醇和盐酸溶液中浸泡进行预处理，去除花瓣中的色素和部分杂质。预处理得到的花瓣分别放入不同浓度比例晶面调控剂和表面活性剂的Ce(NO₃)₃、C₄H₆O₄Zn混合溶液中浸泡48h后将样品放入反应釜中加入适量NaOH溶液120℃水热24h。然后洗涤样品以除去前驱体溶液中多余的溶剂。将样品在60℃烘干后，经煅烧去除模板即得CeO₂基复合氧化物材料。

预期目标：了解模板法调控晶面的制备方法和调控过程，制备出暴露高活性面的铈基氧化物纳米材料并具有较好的光催化性能。

3. 研究的方法与步骤

（1）采集樱花花瓣预处理一段时间作为生物模板，浸泡不同的浓度比例的金属盐溶液；

（2）以樱花花瓣为模板，通过水热法制备铈基氧化物纳米材料前驱体；

（3）前驱体煅烧去除樱花模板得到一系列铈基复合氧化物材料；并对材料进行相关测试；

4. 参考文献

[1]郭瑞瑞, 郑帅广, 王艺颖. 在用柴油车颗粒物排放控制方法的探讨[j]. 交通节能与环保, 2014, 10(3): 41-43.

[2] palma v,ciambelli p, meloni e, et al. catalytic dpf microwave assisted activeregeneration[j]. fuel, 2015, 140: 50-61.

[3]makinosey, taniguchi t, katsumata k i, et al. facet control of ceria nanocrystalssynthesized by an oleate-modified hydrothermal method[j]. advanced powdertechnology, 2016, 27(1):64-71.

5. 计划与进度安排

1、2022-12-28～2022-3-8，收集及查阅资料，掌握本课题的国内外研究现状、存在的问题；确定研究路线和实验方案。完成课题开题报告。

2、2022-3-9～2022-4-15，熟悉二氧化铈及其复合材料纳米材料的制备方法、合成铈基氧化物纳米材料。

3、2022-4-16～2022-5-10，对铈基氧化物纳米材料进行表征、研究晶体结构及其暴露活性面。