基于氧化铋的复合光催化剂的制备研究开题报告

1. 研究目的与意义

在现代社会的快速发展的背景下，工业生产得到了极大的提高，然而伴随着经济的发展，环境问题也日趋严重，尤其水污染的治理，越来越受到各界人士的关注，但是传统处理废水的方法往往会产生副产品，而可见光光催化反应可以将污染物完全的降解和矿化。复合光催化剂技术是一种新型的现代污染处理技术，它广泛应用与废水处理、废气处理和杀灭细菌等方面，具有效率高、能耗低、反应条件温和以及可减少二次污染等优点。并且，光催化技术又因其具有选择性好，可以在常温常压下作用、适用范围广等优点，作为污水处理中的新技术，日益受到人们的重视。纳米粒子具有较好的光催化活性、光电转换特性和光吸收特性等优良的性能，从而引起物理、化学及材料科学家们的极大关注近年来，利用半导体材料光催化降解有毒物质已成为比较热门的研究课题之一。目前，用于光催化降解环境污染物的光催化剂多为n型半导体材料的金属氧化物，如Bi₂O₃，Ti0₂, ZnO, CdS, W0₃, Sn0₂, Fe₂0₃等。TiO₂以其光催化活性高、氧化能力强、化学稳定性好、无毒、成本低等优良特点备受人们关注。但由于其带隙较宽(3.2ev),只能吸收波长λ≤387nm的紫外光。而Bi₂O₃作为可见光光催化剂，在过去几年受到了越来越多的关注，它由于比表面积大,表面活性点多,光催化活性高,而表现出优异的光催化性能，在光催化降解有机污染物方面有着重大的潜在应用价值，其特点在于：1. Bi₂O₃的带隙约为2.6~2.8eV，具有可见光活性；2. Bi₂O₃其宽的离域键对光生电荷的扩散有利；3.但Bi2O3在单独使用时，其光催化活性比较差，因此研制新型光催化剂或改善催化效率仍是重要研究课题通过实验，研究制备一种以氧化铋为基础具有更高量子效率和更强光催化性能的复合光催化剂具有重要的实际意义。

2. 研究内容和预期目标

研究的主要内容：

1.制备一种基于氧化铋的复合光催化剂；

2.单一氧化物光催化剂与复合氧化物光催化剂的光催化性能的比较；

3. 研究的方法与步骤

利用水解-溶剂热法合成bi2o3：以内置一个10ml玻璃瓶的30ml聚四氟乙烯内衬的反应釜作为反应装置。玻璃瓶内为有机相：0.6gbi（no3）3·5h2o溶解在10ml正丁醇中，制备乳浊液；取2ml氨水溶于8ml蒸馏水，置于聚四氟内衬中，作为无机相。将反应釜置于110度恒温鼓风干燥箱中恒温反应6h，待冷却至室温后，将有机相产物进行离心，乙醇、蒸馏水各洗两次，80度干燥，500度空气中焙烧2h，得到产品bi2o3.

采用 溶 胶-水 热 法 合 成tio2纳 米 粒 子：将5ml钛酸四丁酯和5ml无水乙醇的均匀混合液缓慢地滴加到20ml无水乙醇、5ml水和1ml浓硝酸的混合液中，剧烈搅拌1h后，可得到淡黄色的溶胶。将溶胶转移至带有聚四乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在160度条件下恒温水热6h，自然冷却至室温，离心分离后即得到膏状tio2纳米粒子。

制备不同比例的tio2/bi2o3纳米复合体：将tio2纳米粒子与bi2o3按照ti/bi摩尔比3%、5%、7%、10%分 别 加入 到50ml乙 醇 溶 液 中(50%乙醇与50%蒸馏水)，80度恒温强力搅拌1h，形成乳浊液。乳浊液在空气下80度蒸干后，在马弗炉中500度焙烧2h，得到不同负载比例的tio2/bi2o3复合纳米体，分别标记为3t-b、5t-b、7t-b、10t-b.

对于收集的复合纳米体进行xrd图分析，观察其相对应的峰值，对于制得的纳米氧化铋和氧化钛进行表征，知道它各自所具有的峰值，对比两组峰值确定其为我们所制备的复合催化剂。（采用吸附测定仪( bet ) 测定样品比表面; 电子能谱仪( xps) 测量固体上的不同种类电子结合能的信息. x 射线衍射仪( cu k , = 0. 154 056 nm) 分析晶态和晶粒尺度, 晶粒大小利用schrerrer 公式求得: d= k / ( cos !) , 式中 d 为晶粒度, 为 x 光的波长, 是衍射峰半峰宽, !是衍射角, k= 0. 89.）

4. 参考文献

1.任泉霖,刘霞,等，bi2o3/bioci异质复合材料的制备及其光催化性能，材料科学与工程学报，2014年第5期，733~735.

2．肖国生，刘佳露，等，ce掺杂bi2o3光催化剂的制备、表征及其可见光催化性能，发光学报，2014年第8期，956~963.

3.陈学福，戴剑锋，等，pr掺杂@-bi2o3光催化剂的第一性原理研究，功能材料，2014年第5期，06067~06069.

5. 计划与进度安排

1.2022年12月28日－3月10日（第3周前）：接受毕业论文任务书，查阅参考文献，完成开题报告。

2.2022年3月13日－4月2日（第4-6周）：做好毕业论文前期准备工作，包括制定实验方案、购置所需仪器设备和试剂等。

3.2022年4月3日－5月7日（第7－11周）：进入实验室进行实验工作，完成工作量的50％左右，接受中期检查。