甲醇体系中CoFe2O4/TiO2的制氢性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义

煤、石油等天然能源将面临枯竭的危险。同时,化石能源燃烧引起的环境污染和温室效应,促使人们不得不寻找新的能源。所有能源中氢气作为唯一无污染可再生的能源,无疑是继石油、煤和天然气等非再生能源以后新一代被广泛采用的能源。有专家预测,未来将形成氢气经济围绕以氢气为日常生活燃料形成的经济。

而进行光催化制氢，光催化剂是关键。理论上，催化剂能隙大于1.23ev并且光激电子和空穴的还原和氧化电势与水的分解电位匹配即可催化水的分解，由于存在过电位，合适的催化剂能隙应为1.8ev。迄今的研究表明能满足上述能隙要求的催化剂容易发生光溶解或光腐蚀(如cds等)，并且光量子效率低，而能隙偏大的催化剂只对紫外光有响应，太阳能的利用率低。因此研究开发新型催化剂，提高光分解水的效率，并将催化剂对太阳光的响应拓展到500nm的可见区(太阳光的主要成分)成为国内外研究的热点和关键。

近年来，在人们所研究的半导体光催化剂中，tio2因其廉价易得、光催化性能高、无毒、二次污染低、耐光腐蚀等优良特性而被广泛研究。然而，tio2作为光催化剂仍然存在着两大主要缺点：其一是产生电子-空穴对复合速率较快，而限制其光催化活性；其二是tio2仅能利于整个太阳能光谱中的紫外光部分，而限制其对太阳能的利用率。因此，科研工作者们探究了很多方法来增加tio2的光催化性能，诸如：金属、非金属离子参杂，引入晶格氧缺陷，贵金属沉积，表面敏化以及半导体复合等。而其中尤以半导体复合的优势最为明显，该方法能够在两种能带匹配的半导体之间形成一种界面，由于这种协同耦合作用复合半导体的光谱响应范围有效的向可见光部分拓展。同时，产生的广生电子和空穴能够子在电场力的作用下发生相应的迁移，从而大大减少其复合，提高光催化活性。截止到目前，已将有很多类似的复合半导体被成功制备，包括：znfe2o4/tio2，mnfe2o4/tio4，cofe2o4/tio2等。

2. 国内外研究现状分析

目前，应用电解或物理、化学的方法，世界产氢量为2100万吨，由于价格昂贵，绝大部分氢气被用作化学原料，只有小部分用作火箭或机车的驱动燃料。但氢气开发用作发动机燃料、发电燃料、电池燃料的趋势却日趋增长。美国联合商业情报公司报告，目前全球氢气燃料电池市场的规模虽然还不大，但在不断扩大的投资和营销活动推动下，这一市场将从1999年的4000万美元左右增加到2010年的100亿美元，即10年扩大250倍。2001年11月和2002年6月美国能源部分别发布了ANationalVisionofAmericasTransitiontoAHydrogenEconomy和NationalHydrogenEnergyRoadmap，明确指出美国将向氢经济过渡。近年来，我国也启动了氢能应用计划，如燃料电池、电动汽车等等。氢经济形成的关键是获得廉价的氢能源。制约氢气成为新一代能源的根本原因一方面是由于价格昂贵，另一方面是运输和储存困难。所有制备氢气的方法中唯有利用太阳能光催化分解H2O制氢技术可望获得价格低廉的氢气，同时能够就地生产，减少氢气运输和分配系统硬件设施投资，为建立庞大的氢能源市场提供技术储备，为解决日益严峻的燃烧污染和能源紧缺问题提供一个有效对策。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.尖晶石型cofe2o4/tio2光催化剂的制备，并优化得到最佳工艺

2.利用xrd、tem、uv对cofe2o4/tio2结构进行表征。

4. 研究创新点

尖晶石型化合物作为一种新兴的光催化材料，由于其优良的可见光响应性和光化学稳定性，在光催化领域具有巨大的应用前景，而且通过对尖晶石型光催化剂进行改性和修饰，还能进一步提高其光催化活性；同时，利用尖晶石型化合物对一些宽禁带的光催化剂(如tio2等)进行改性或制备成复合半导体材料，可以有效拓宽宽禁带光催化剂的吸光域，提高光催化效率。

目前，有关尖晶石型化合物的光催化研究还刚刚开始。由于尖晶石型化合物种类繁多，如何通过实验分析和理论建模深入理解尖晶石型化合物的光催化机理，揭示材料组成、结构与性能之间的关系，从中寻找出性能更为优异的光催化剂是尖晶石型化合物光催化研究的重点和难点，也是未来尖晶石型化合物实现高光催化性能的发展方向。

课题研究的创新点和可行性分析