TiO2纳米线的制备以及光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

光催化氧化是20世纪80年代兴起的一种新型水处理技术，与传统水处理技术中以污染物的分离、浓缩以及相转移等为主的物理方法相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点。用于光催化降解环境污染物的催化剂多为n型半导体材料,如tio2、zno、cds、wo3、sno2、fe2o3等,其中tio2颗粒由于具有较高的化学稳定性、热稳定性以及优良的光学、力学和电学特性，被应用于诸多工业领域，因其对人体无害而成为最受重视的一种光催化剂。其中锐钛型tio2具有良好的光催化活性，尤其是当颗粒尺寸降到纳米级别时，催化能力更好，在催化降解环境有机污染物方面具有广泛的应用。实验表明,tio2至少可以经历12次的反复使用而保持光分解效率基本不变,连续580min光照下保持其光活性,因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。

tio2作为一种重要的无机半导体材料，在能源和环境方面的快速发展和广泛应用，吸引了越来越多研究者的关注，由于其廉价，化学性质稳定，无毒等特点而成为广泛研究的光催化剂，但是由于其较大的能带隙(3.2ev)，只能对紫外光有响应，同时光生电子一空穴对容易复合，光量子效率低，极大地限制了在实际中的应用范围，为此研究者们进行了各种尝试对其进行改性，如离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合等。

目前合成tio2纳米线多采用模板法，根据填充模板的方法可归纳为3种类型：溶胶-凝胶法、电化学沉积法、电化学诱导法。制备tio2纳米线都以制备aam模板为前提，而aam模板的制备过程比较复杂，而且难以完全去除。所以水热合成是一种简单、快捷的合成方法，且具有成本低、产率高等优点。

2. 研究内容和预期目标

材料的晶型，尺寸和形貌对其光催化活性的影响非常显著。近年来，通过不同的方法控制形貌和生长来提高。yu等以钛酸四丁酯为原料，在hf水溶液中水热制备暴露(001)晶面的片状tio2，与p25相比暴露(001)晶面的片状tio2表现了更高的光催化活性。从以上可见，复合物的晶型，尺寸和形貌对其光催化性能的影响很大。本课题通过制备tio2纳米线，研究其制备方法，并通过改变氧化钛的形貌研究其对光催化性能的改性。

具体研究内容如下：

1）查阅tio2纳米线的合成方法。

3. 研究的方法与步骤

本文采用水热法制备tio2纳米线,探讨了水热反应时间、反应温度和naoh的用量对tio2纳米线形貌和结构的影响，并利用产物在紫外光下对甲基橙溶液进行光催化降解的研究。

实验所用原料与试剂包括：p25，氢氧化钠(naoh)，二氧化钛纳米颗粒粉，无水乙醇(c2h5oh)，盐酸，去离子水和有机染料(甲基橙）。

实验仪器：三角烧瓶，聚四氟乙烯衬套，反应釜，磁力搅拌器，恒温鼓风干燥箱，x射线衍射仪，扫描电子显微镜，紫外-可见分光光度仪1tio2纳米线的制备

4. 参考文献

[1]h.huang,h.c.zhang,y.liu,z.ma,h.ming,h.t.li,z.h.kang,(ptc60@sio2nanocompositesforconvenientchemicalhydrogenstorage,j.mater.chem.,22,20153-20157,2012.

[2]z.s.li,t.yu,z.g.zou,j.h.ye,degradationinphotocatalyticactivityinducedbyhydrogen-relateddefectsinnano-linbo3material,appl.phys.lett.,88,071917,2006.

[3]z.g.zou,j.ye,k.sayamaandh.arakawa,directsplittingofwaterundervisiblelightirradiationwithanoxidesemiconductorphotocatalyst,nature,414,625,2001.

5. 计划与进度安排

1，2016-03-01～2016-03-18查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2，2016-03-21～2016-04-14熟悉毕业设计研究的发展，掌握基本实验操作，并开始实验。

3，2016-04-15～2016-04-20总结前期工作，完成中期汇报。