纤维结构氧化锌光催化剂的合成及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

本文介绍了二氧化碳光催化还原反应中的催化剂。阐述了催化剂的制备过程、改性方法、结构特征、光催化活性的影响因素。通过催化剂设计，提高光催化反应活性和光利用效率是今后研究的重点。

制备氧化锌复合材料的方法有很多，尤其近年来，生物模板法受到了研究者们的极大关注，究其根本是模板在材料合成过程中发挥了多重功能：(1) 模板可以有效控制反应过程中晶体的成核、生长和团聚；(2) 模板可在高温相变和焙烧过程中起到阻隔作用，避免焙烧过程中颗粒的团聚，保证粒子的均一性和分散性；(3) 模板的可去除性为最终产品的纯度提供了可靠保证。通过模板法制备的氧化物材料具有非常好的催化性能，这是因为它具有自支撑、多孔性、质量轻、热稳定性好、纳米尺度催化剂能均匀分散在生物表面等优点，另外生物模板还具有资源丰富、廉价易得、可再生环保、容易去除、构型独特丰富、形貌重复性高等诸多优点。由于生物模板法涉及多学科知识，研究难度较高，故而目前仍处于起步阶段。

2. 研究内容和预期目标

本论文以纸和棉花为模板，与锌离子反应后合成具有分级多孔结构的氧化锌，采用xrd测试样品物相、扫描电镜观察表面形貌，紫外漫反射，后期以人工光合作用的实验表征其光催化活性。

通过本论文实验将熟悉纤维模板制备金属氧化物方法的基本原理、实验装置的操作技术以及所制备材料的微观组织形貌表征方法。

一般模板的脱除方式主要有两种，即溶剂萃取和高温煅烧。本论文采用高温煅烧方式脱除模板，煅烧过程在没有惰性气体保护的情况下，通过逐级加温的方式进行。升温速率不宜太快，以免对框架结构造成破坏。煅烧温度可通过热分析等方法确定。将合成得到的产物中的有机模板脱除后，方能得到与原模板微观结构相似的氧化物。模板控制合成纳米材料是将具有纳米结构、形状容易控制的材料作为模板，通过物理、化学或生物的方法以模板约束纳米材料的合成过程，控制纳米材料的尺寸、形貌、结构、取向和位置等要素，从而得到具有预期结构和性能的纳米材料。

3. 研究的方法与步骤

将滤纸折成规则的形状放好备用。预处理液配置，在烧杯中加入100mL蒸馏水，分别在水中加入1g，2g，4g的氯化锌固体，用磁力搅拌器搅拌至其充分溶解。在三分溶液中分别加入20张折好的滤纸，浸泡三天后将溶液倒出，将滤纸放入40度烘箱中烘干。将干燥后的样品放入马弗炉煅烧，以2℃/min的升温速率在空气氛围中升温至550℃后，恒温2h。纸模板被煅烧去除后得到纤维结构的氧化锌。

用棉花做模板时，同样用100ml蒸馏水溶解1g，2g，4g氯化锌固体，三份溶液中放入等量棉花，接下来的步骤与纸作模板的方法相同，最后棉花模板被煅烧去除得到纤维结构的氧化锌。

4. 参考文献

[1]cheng, z.x., x.l. wang, s.x. dou, et al., fabrication, raman spectra and ferromagnetic properties of the transition metal doped zno nanocrystals. journal of physics d: applied physics[j], 2007. 40(21): 6518.

[2]dhara, s. and p. giri, enhanced uv photosensitivity from rapid thermal annealed vertically aligned zno nanowires. nanoscale research letters[j], 2011. 6(1): 504.

[3]gordon, t., m. kopel, j. grinblat, et al., new synthesis, characterization and antibacterial properties of porous zno and c-zno micrometre-sized particles of narrow size distribution. journal of materials chemistry[j], 2012.

5. 计划与进度安排

2022-12-24～2022-3-7 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告

2022-3-8～2022-3-31 熟悉氧化锌材料的制备工艺

2022-4-1～2022-4-30 尝试合成氧化锌材料