纳米铜粉的制备及表征开题报告

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1. 研究目的与意义

煤、石油、天燃气等非可再生能源的枯竭危机和环境恶化是当今人类面临的两大问题。许多环境问题都是由于对能源生产和利用的不合理造成的，因此寻找和利用清洁无污染的新能源不仅能解决能源危机，而且能有效防止环境恶化。

而太阳能和水资源可以说是地球上最为丰富的资源，太阳光照射在地球上l小时的能量相当于地球一年消耗的能量。总所周知，地球表面约71%的区域都被水覆盖，如果我们可以将这两者利用起来，那么能源危机、环境危机则可迎刃而解。利用太阳能光解水制氢是利用太阳能的最好方法之一。氢气作为太阳能的载体，以其清洁、高效、高热值、环境友好、运输方便的特点，成为2l世纪最有前途的新能源。

石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子的二维纳米材料，其厚度为0.335nm，它是一种完美的单层碳原子二维晶体。由一层六角蜂窝状的碳原子组成。由于石墨烯特殊的结构特征，使其具有特殊的力光电热特性，包括：室温下高速的电子迁移率(20000cm2v-1s-1)，量子霍尔效应，高理论比表面积(2600m2g-1)，小的自旋轨道交互作用，还具有高热导率(30000wm-1k-1)和出色的力学性能，被认为在功能性复合材料、催化剂载体、生物器件、集成电路、太阳能电池的生产等领域有广泛的应用前景。由于石墨烯有着独一无二的结构和优越电子的特性，使其可以作为电子接收体和催化剂载体应用在光催化制氢体系之中，可以提高催化活性，增加量子效率]。本文以石墨烯为基底材料，通过与染料复合来制备功能化石墨烯纳米复合材料，继而研究其光催化的活性。进一步丰富了石墨烯的应用，为清洁能源作出一定的贡献。

2. 国内外研究现状分析

1972年Fujishima和Honda在Nature杂志上报道了以TiO2为光催化剂进行紫外光光照分解水的研究工作，开辟了光催化实际应用的新纪元。自此，人们对光催化材料进行了一系列研究。TiO2具有催化活性高、稳定性好、价格便宜、无毒等优良特性，因此在早期光催化研究中备受青睐。但是随着研究的深入，人们发现以TiO2为代表的大部分光催化材料本身禁带宽度较大，只能吸收波长小于420nm的紫外光，并且光激发时所产生的电子与空穴非常容易复合，使得光量子效率很低，很大程度上影响了太阳能的利用率和光催化反应的效率。这些光催化剂由于迅速的光生电子空穴重构问题一直未能在实际应用中得到推广。

石墨烯凭借其独一无二的结构和优异的电子移动性能可以作为电子接收体从而大幅度提高光诱导电子能量转移的效率并抑制电子与空穴重构的发生，同时分离产氢气与产氧气的催化活性中心。Iwase等人报道了以还原的氧化石墨烯作为固体的电子中介体应用在Z型光催化水分解体系中。该光催化体系中BiVO4半导体作为产氧中心SrTiO3-Ru作为产氢中心，还原石墨烯作为电子传递体将光生电子由BiVO4的导带转移至SrTiO3表面I沁活性位光生空穴则转移至BiVO4表面。研究者通过对比三种还原氧化石墨烯方法发现光还原的氧化石墨烯作为固体电子中介体具有最好的光催化效果，这归结于经化学还原的氧化石墨烯具有较高的疏水性，而光还原的氧化石墨烯则可以与水互溶与水分子更好的接触发生催化反应。氧化石墨烯本身作为一种半导体材料也可以在光辐射的条件下制备出氢气。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1、配制不同浓度的染料酞菁酮溶液，并用分光光度计测量其吸光度。

2、取一定量的石墨烯溶于水中每隔20分钟超声测其吸光度。

4. 研究创新点

对于光催化制氢是另一种方向，相对于Cd这些有毒金属来说，石墨烯光分解制氢是无毒环保的，与染料酞菁酮复合来光解制氢很大程度上为新型环保材料的研究有一定的指导作用，也为探究石墨烯的更多应用奠定基础。