硫化镉/石墨烯复合光催化材料CO2还原性能研究开题报告

全文总字数：4670字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会的发展与进步，对化石燃料的过度依赖及其不可避免的消耗造成大量co₂的排放，导致全球温室效应问题十分突出，进而引起了人们对全球变暖和能源危机的日益关注。降低大气中co₂浓度、实现能源的可再生利用是环境、能源、物理、化学等交叉学科研究者追求的目标。目前，降低大气中co₂浓度的方法有很多。其中较为关注的是co₂的捕集、运输和埋存三个环节的系统技术 (ccs)；但该ccs技术需要额外的能量消耗，同时安全性和对生态的破坏也使得其发展受到挑战[1-3]。近年来，一些关于co₂转化利用技术也备受关注。例如，将co₂作为原料用于尿素、纯碱以及碳酸饮料的生产；通过热化学转化法将co₂转化为有机物加以利用；利用金属电极还原co₂的水或非水溶液生成烃类或醇类化学燃料。值得指出的是，co₂是热力学十分稳定的化合物,以其为原料生产的产物都是它的还原产物；要想完成这种转化必须对co₂进行活化，即必须向co₂输入很高的电子形式的能量。换句话说,任何大规模使用co₂工艺都潜在耗能。加工co₂的工艺不仅要继续消耗化石能源,而且在燃烧过程中直接排放更多的co₂。因此，开发低能耗的co₂转化和利用技术对脱碳能源系统的建立具有重要的战略意义。

自从 honda 和 fujishima于1972年首次发现二氧化钛电极在太阳光的照射下可以光电催化分解水产生氢气和氧气以来，半导体光催化技术是co₂转化和利用的创新技术[4,5]。与其它方法相比，该过程在常温常压下进行，原料简单易得，直接利用太阳能无需耗费辅助能源，可真正实现碳材料的循环使用, 因而被认为是最具前景的co₂转化方法。在光催化技术研究中，tio₂由于其化学性质稳定、生态友好、价格低廉、催化活性高、抗光腐蚀和化学腐蚀等优点，被看作是一种适宜的光催化材料[6-9]。然而，tio₂基光催化材料仍存在着以下不足：（1）tio₂光催化材料光生电子-空穴对的复合率较高，导致其表观量子效率较低；（2）tio₂光催化材料对太阳能利用率较低，锐钛矿相tio₂由于其较大的禁带宽度（3.2 ev）而仅能吸收太阳光中的紫外光（波长低于387 nm），而紫外光在太阳光中比例大约为4%[10]。开发和完善具有高效光催化活性的可见光催化剂和优化相关制备方法及对应的表面改性技术，是当前光催化技术的研究热点。

近年来，对于金属硫化物材料的研究越来越重视，特别是二元金属硫化物cds半导体，因其对太阳光具有较好的吸收、合适的带隙结构、较大的比表面以及良好的电荷传输性能等优点已经被广泛应用于光催化分解水和co₂还原。但是单一的cds半导体在光激发下产生的电子-空穴对易于复合，导致光生载流子的寿命短，这极大地制约了其光催化性能。因此，抑制电子-空穴对的复合，增长光生载流子的寿命是提高cds光催化性能的关键。目前，抑制光生载流子的常见方法有金属离子掺杂[11]、非金属掺杂[12]、表面染料敏化[13]、半导体复合[14]、以及负载助催化剂[15]等。其中负载助催化剂是最为常用的一种策略。同时，在光催化co₂还原反应中，存在着含碳产物的选择性差和激烈的竞争反应（光催化分解水）。将助催化剂负载金属硫化物用来提高光催化co₂还原性能且能有效抑制其他竞争反应具有十分重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1. 制备单分散的sio₂微球，并将其作为合成硫化镉空心球的模板；

2. 采用油浴法制备出cds负载sio₂微球的复合物；

   剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！

   3. 研究计划与安排

   第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，熟悉实验所需原料、仪器和设备。确定实验技术方案，并完成开题报告； 第4-7周：掌握静电自组装方法与光催化CO2还原实验原理，设计具体的实验方案，了解并掌握相关材料表征方法的基本原理； 第8-10周：完成助催化材料修饰CdS空心球的复合材料的制备及其性能测试和结构表征； 第11-13周：进一步总结半导体光催化技术的发展现状和存在的问题，深入理解该工作的重要性和意义。结合前期的实验数据，分析和总结实验结果； 第14周：完成并修改毕业论文； 第15周：论文答辩。

   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] q. xiang, j. yu. graphene-based photocatalysts for hydrogen generation[j]. j. phys. chem. lett., 2013, 4, 753-759.

   [2] x. li , j. wen, j. low, et al. design and fabrication of semiconductor photocatalyst for photocatalytic reduction of co₂ to solar fuel[j]. sci. china mater., 2014, 57, 70-100.

   剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付