Co/Ti基氧化物半导体光催化剂的制备开题报告

1. 研究目的与意义

本文以CoCl₃7H₂O和Ti(OC₄H₉)₄为原料，采用溶胶-凝胶法制备了Co/Ti基氧化物半导体光催化剂，并探讨制备条件的影响。

2. 国内外研究现状分析

1. 光催化制氢原理

当半导体的禁带宽度小于吸收光的能量时，导带上会接受到由半导体价带上跃迁出来的点子，在价带上留下空穴，表面物质就会在此时与生成的点子-空穴对发生氧化还原反应。用光催化分解水法制氢主要分为三步：(1)吸收光子，半导体受到激发生成电子-空穴对；(2)催化剂表面接收到相互分离的光生载流子；(3)存在与催化剂上的吸附物质与迁移到表面的载流子发生还原反应，生成h₂。步骤(1)要求光子的能量要大于点半导体的禁带宽度，此时光才能激发半导体生成载流子。为了减少在步骤(2)中载流子的复合，要求催化剂的结晶度比较高，因为此时催化剂的缺陷将会成为载流子良好的复合中心。在步骤(3)中我们要求催化剂比表面积大，因为比表面积越大就可以提供更多的吸附中心以及活性位点。催化剂表面吸附物质的氧化还原电位以及导带、价带点位决定了载流子能否与物质发生氧化还原反应，只有吸附物质的电位数值比导带点位数值更正，才会发生还原反应。同样，只有吸附物质的氧化电位数值比价带电位的数值更负，所吸附的物质才能被氧化。

2. 光催化纳米材料的制备

合成光催化纳米材料的方法有很多中，主要是水热法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。在这些方法中有的方法(如气相法)设备比较复杂，投资较大，费用较为高昂；有的方法(如溶胶-凝胶法)简单易行，但是成本又比较高，难以实现工业化的生产；有的方法(如水热法)所得到的纳米材料粒径分布不均匀、光催化活性较差等。在实际的制备过程当中，应当根据实验的目的和条件进行选择和取舍。线面就对进来几年来应用较广的几种制备的方法进行简单的叙述。

2.1 溶胶-凝胶法

用ti(so₄)₂做为原料，经过水解、胶溶、加入晶种、熟化等过程，可得到热稳定性良好、粒度均匀的混晶型纳米光催化tio₂材料。阎建辉等^[1]依照此种方法在一定的温度下合成单分散纳米tio₂光催化剂，所获得纳米粒子平均粒径大约22nm、比表面积达到80m²/g以上。样品经过真空冷冻干燥后,主要得到锐钛矿型tio₂粉体，并且随着焙烧温度升高和时间增加，其金红石型含量明显增多,粉体粒径也有一定程度的增大。

3. 研究的基本内容与计划

2017.2.20-2017.2.26 查阅文献

2017.2.27-2017.3.5 制定实验方案，撰写文献综述

2017.3.6-2017.6.4 co/ti基氧化物半导体光催化剂的制备

4. 研究创新点

采用溶胶-凝胶法制备了Co/Ti基氧化物半导体光催化剂，并探讨制备条件的影响。

本课程设计的研究工作具有重要的实际意义。