1. 研究目的与意义
随着国民经济的高速发展,自然环境受到污染的现象屡见不鲜,各种重特大环境污染事故常见报端。在种类繁多的污染物中,有机物作为一类庞大的体系对环境的污染相当严重。排放到江河的工业废水,其中含有大量有机物,不仅导致河体变黑,水体发臭,影响城市景观,而且其中所生成的各种衍生物毒性很强,极大的威胁了人们的生活水源。
光催化技术和其他污染物治理方法相比,不需通过再次处理是其的主要优点,而且可以再生和循环利用光催化剂。此外,该项技术使一些有机污染物在光催化过程中被充分利用的太阳能所破坏。开发一种光催化剂,其具有制作成本低、二次利用度高、性能稳定的特点实现光催化剂的可见光催化活性,以便高效的利用太阳能,提高光催化剂的催化效率进行光催化反应机理和动力学的研究,探讨光催化剂结构与可见光催化活性性能之间的规律已经成为光催化研究领域的几大热点。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：
1. 研究稀土掺杂tio2的制备条件、现象及表征，最终检测掺杂的效果以及活性影响等。
2. 重点研究制备条件对光催化剂性质的影响；
3. 国内外研究现状（文献综述）
近年来,光催化材料的研究进入了一个新时代,光催化材料层出不穷,半导体多相光催化氧化反应作为一种深度的氧化过程简称aop,用光和氧化剂（臭氧、过氧化氢和氧气）使有机物彻底转化为二氧化碳和水:以n型半导体为催化剂,这种催化剂主要有tio2、cds、zno、sno2等,其中tio2、cds催化活性最强,但cds在光照条件下自身不稳定,易发生化学和光化学腐蚀,而tio2具有优良的光学和电子特性、较低的费用、较高的催化性能、化学稳定性和低毒等优点,可广泛应用于催化剂、传感器、感光材料、油漆涂料、化妆品、电子产品等生产领域,是一种理想的半导体材料,也是理想的光催化剂,因而得到了广泛的研究。
在能源短缺、环境污染等问题日趋严重并越来越困扰人类的生存和发展的今天,纳米光催化材料在环境保护、污染治理和节约能源等方面,日趋显示出其巨大的优势。1972年日本的fujishima[1]和honda在杂志nature上发表的tio2电极上光解分解水一文标志着半导体光催化新时代的开始。1976年carey等首次报导了在紫外光的照射下,对废水中多氯联苯的降解,这使半导体材料用于催化光解污染物取得突破性进展。随后,光催化氧化法受到各国研究者的极大关注。以tio2为代表的半导体光催化剂的多相光催化氧化过程以其在室温深度反应、无二次污染、可直接利用太阳光来活化催化剂驱动氧化反应等性能而成为一种理想的环境污染治理技术,被证明是极有发展前途的水处理工艺。如今利用半导体催化剂光催化降解有机污染物的研究己经引起了国内外越来越多学者的重视。
在半导体中掺杂不同价态的金属离子,不仅可以加强半导体的光催化作用,还可以使半导体的吸收波长范围扩展至可见光区域。在半导体光催化剂中的过渡金属离子通常以两种方式影响催化剂的活性。一是掺杂在晶格中引入缺陷或者改变洁净度,通过影响光生电子和空穴的分离,以致改变掺杂后的活性。二是某些金属离子的掺入到半导体粒子中,作为杂质中心,还可以扩展光吸收波长的范围,这是因为掺杂离子是作为填隙原子进入晶格的。这两方面自从世纪年代以来都受到了强烈的关注。
4. 研究方案
1. 碘掺杂tio2光催化剂前躯体的制备（碘酸与钛酸四丁酯制备）。
2. 稀土元素sm和非金属元素i共掺杂改性tio2纳 米光催化剂的制备、条件优化以及表征。
3. 利用sm、i共掺改性tio2纳米光催化剂,表征光催化性能实验和理论研究。
5. 工作计划
论文工作计划 | 时间 | 阶段工作内容及计划完成的指标 |
开题 设计实验方案 初稿 中期检查 修改与定稿 | 1-2周 3-4周 5-6周 7-8周 9-14周 | 确定论文题目并写出初步论文大纲，了解稀土-非金属掺杂TiO2纳米 材料的特点、改性途径、制备及其查阅相关资料，做好论文记录，完 成论文提纲 设定稀土-非金属掺杂TiO2纳米材料的实验方案，准备实验材料及仪器 进行第一次实验，实行样品合成，实验过程中难点不足之处进行反复研 究推敲并加以改进，做好相关记录 控制实验条件，成功制备样品 对实验产品进行表征分析，学会掌握试验方法加以修改完善最后完成答辩 |
