石墨烯二氧化钛复合材料的光电性能探究开题报告

1. 研究目的与意义

tio₂具有较高的光学活性、优异的光蚀稳定性，以及较低的成本等优点，但是由于tio₂在光催化过程中对电子的传输能力比较弱的缺点限制了它的应用，因此如何提高tio₂纳米材料的光催化活性，改善他对电子的传递能力是目前主要的研究方向。

碳纳米材料因为其独特的结构，物理化学性能，使得其与tio₂复合材料的光催化性能研究成为一个热门方向。其复合材料在光催化过程中的吸附效率、光生载流子的分离效率以及光催化效率得到极大的提高。因此，石墨烯与tio₂等传统半导体光催化材料的复合可能是极为理想的新型光催化剂。

石墨烯/二氧化钛改性后的复合材料能改善这两种材料单独使用时的缺点，充分发挥石墨烯与二氧化钛之间的协同效应。石墨烯优异的导电性能能增强二氧化钛的电子传输能力;石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的二氧化钛颗粒保持在纳米尺寸，使锂离子和电子的扩散距离变小，改善材料的倍率性能。二氧化钛的纳米颗粒能覆盖住石墨烯表层，防止电解质在插入石墨烯片层时所造成的电极材料剥落现象，改进电极的循环稳定性能。

2. 课题关键问题和重难点

（1）对于tio₂，其强的光电活性，导电性性弱，是否可以通过石墨烯复合，发挥石墨烯的强导电性改善tio₂的导电性能，复合材料是否能体现两者的优点。

（2）课题中研究的复合材料则需要知道其复合的原理，知道tio₂与石墨烯结合的形式，是点接触还是线接触。

（3）对tio₂与石墨烯结合方式的探究，是一般化学键还是范德华力导致的，对其反应机理的探讨,实验现象的合理解释,反应规律的确立等问题依然存在。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1，二氧化钛纳米材料概述

光催化剂材料一直是催化领域研究的热点，其中，tio₂因其具有化学稳定性高，光蚀稳定性高，成本较低等优点而成为研究最多、应用最广的光催化剂之一^[1]。如今以硅材料为代表的太阳能电池因其复杂的制作工艺，设备要求高，而难以普及。染料敏化纳米晶太阳能电池应运而生，逐渐成为光催化领域研究的热点。染料敏化纳米tio₂太阳能电池可以高效的将太阳能直接转化为电能^[2]。

纳米tio₂具有光催化剂效应，又称本多-藤岛效应^[3]。二氧化钛纳米颗粒的制备主要有2个方面，即气相法和液相法。气相法是指将有机物通过激光等照射激发为气态或者等离子体后，经过一系列的物理/化学变化，最后冷却、结晶得到最终产物的方法。液相法是使溶质在液相中形成大小一定的颗粒，经热处理后得到二氧化钛纳米颗粒。

液相法中常用的方法有：溶胶-凝胶法和水热法。

4. 研究方案

本研究主要是：石墨烯的可控合成，石墨烯/二氧化钛纳米颗粒复合材料的光电性能测试，不同石墨烯含量对二氧化钛光电性能的影响，主要有以下几点内容：

1．采用改良的hummers法获得氧化石墨烯（go），然后通过800 hz，30分钟的超声处理，得到片层数目低、片层间距大的氧化石墨烯(go)。

2．使用还原剂水合肼，将氧化石墨烯还原得到石墨烯（rgo）。与tio₂溶胶在15分钟，800hz的超声处理下获得rgo/tio₂纳米复合材料。

5. 工作计划

第1～2周：查阅、收集相关文献资料，设计实验方案，撰写开题报告 。

第3周：撰写开题报告ppt准备演讲，外文文献翻译，做基本实验。(第一学期内完成)

第4～8周：做实验，记录数据，处理讨论数据结果，准备期中小结。