可见光响应光解水制氢石墨烯-氧化铈复合光催化剂的制备开题报告

1. 研究目的与意义

目前地球上正面临着能源短缺的问题，固有储量的不可再生能源正在以一个飞速增长的速度被消耗着，同时使用此类能源或多或少会带来一点环境问题。开发可再生能源对于地球上的环境以及持续发展都有着非凡的意义。

地球上70%以上的面积都是覆盖着水，水中含有丰富的氢能源。氢能源具有储量丰富，燃烧值高，无污染等优点。高效的，用无污染的方法制取氢能源一方面能改善环境，另一方面能解决21世纪所面临的能源危机。

作为21世纪人类能够期待的绿色能源----氢的梦幻般的制取技术一直是科学界的热门，而石墨烯可以扩大激发光波的波长范围，减少光生电子-空穴的复合，提高催化剂表面活性位。另一方面，氧化铈作为一种大禁带半导体，可提供足够的氧化还原能力。

2. 研究内容和预期目标

本研究拟将石墨烯和氧化铈材料结合，将氧化铈纳米颗粒均匀负载到石墨烯上，产生一种稳定的，高效的，环保的新型材料，将这种新材料用于光解水制氢领域。利用氧化铈大禁带的驱动力和石墨烯良好的导电能力，在石墨烯片层的活性位点上产生大量氢气。

对制备出来的石墨烯-氧化铈进行表征，主要包括测量产品的熔点，密度，产品纯度，力学性能，化学性质的稳定程度，对水解水的催化能力等方面。然后通过对比试验，确定各批次材料的质量，研究出能制备质量最好，催化效果最好的石墨烯-氧化铈材料的条件。

3. 研究的方法与步骤

先从植物中分离富含孔道的生物组织结构，使用荧光显微镜镜检，选取具有有序孔道结构的膜层作为模板。使用去离子水和乙醇洗涤模板，并浸渍硝酸铈，经氮气保护下在600℃固化，再经550℃煅烧，生成氧化铈-石墨烯复合材料。通过XRD、TG、SEM、TEM、UV-vis谱等分析手段对产物的结构和形貌进行了表征,测试材料的力学性能，并以甲基橙溶液为模拟废水测试了所得石墨烯/氧化铈催化剂在可见光照射下的光催化性能，然后测试材料在可见光下照射下光解水制氢的效率。评估影响光催化的各个因素。

4. 参考文献

anandan, s. and miyauchi, m., ce-doped zno (cexzn1-xo) becomes an efficient visible-light-sensitive photocatalyst by co-catalyst (cu2 ) grafting[j]. physical chemistry chemical physics, 2011. 13(33): 14937-14945. xie, g., zhang, k., guo, b., graphene-based materials for hydrogen generation from light-driven water splitting[j]. advanced materials, 2013. 25(28): 3820-3839.

kimks,zhaoy,jangh,leesy,kimjm,kimks,ahnjh,kimp,choijyandhongbh2009nature45770610

stankovichs,dikinda,dommettghb,kohlhaaskm,zimneyej,stachea,pinerrd,nguyenstandruoffrs2006nature4422826

5. 计划与进度安排

一、2022.1.1-2022.2.25 阅读文献，完成综述二、2022.2.26-2022.3.30 进行材料的制备三、2022.4.1-2022.5.12 进行材料的表征四、2022.5.13-2022.6.12 完成数据整理和毕业论文写作