钨酸铋多孔纳米片的原位离子交换合成及其光催化活性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着当今社会的发展，能源危机和环境污染问题日益严峻，光催化技术有望成为解决这两大难题的一种绿色途径。然而传统光催化材料（如：tio₂等）由于存在电子-空穴复合率高，量子产率低，禁带宽度大，无法有效利用可见光等不足^[1]，限制了自身的应用。为充分利用太阳光能，提高光催化效率，近年来发展了bi₂wo₆^[2]、tio_2-xn_x^[3]、g-c₃n₄^[4]、ag₃po₄^[5]等一系列可见光光催化材料。自1999年kudo等^[6]发现bi₂wo₆在可将光照射下具有光催化性能以来，bi₂wo₆作为一种新型的光催化材料而备受关注。

光催化反应作为一个典型的异相反应，光催化材料表面的尺寸与性质对反应的进行起着决定性作用。众所周知，纳米光催化材料因较高的比表面积而具有更多的吸附位点和反应活性位点，可通过促进光生电子-空穴的有效分离而提高其光催化能力。因此，设计具有特定形貌的bi₂wo₆纳米材料成为了提高bi₂wo₆的光催化性能的有效途径^[7-9]。然而，关于当前bi₂wo₆纳米结构材料的报道主要集中于纳米粒子^[10]、球状^[9,11]、花状^[12-13]、鸟巢状^[7,14]等纳米材料，对于二维bi₂wo₆片状多孔纳米材料合成方法的报道却十分有限。二维多孔纳米材料，由于具有比表面积大、密度低、比力学性能强等优点，在催化、催化剂载体、储能、净水、电容器、药物载体和燃料电池等方面具有广泛的应用及发展前景，而受到了化学、化工、材料等各学科的高度重视。因此，设计bi₂wo₆多孔纳米片状材料合成的新方法，对于bi₂wo₆光催化材料的发展和应用具有重要意义。此外，bi₂wo₆作为一种典型的aurivillius型化合物，具有其特征的片层结构^[15-16]。因此，有望利用其晶体结构特性，通过调控晶体生长制备出二维bi₂wo₆材料。

2. 研究的基本内容与方案

1、基本内容

bi₂wo₆由于其优异的物理、化学性质而在可见光光催化领域受到了广泛的关注。本研究在不添加任何模板剂和外加剂的条件下，发展一种多孔bi₂wo₆纳米片的简易制备新方法，即以na₂wo₄和bi(no₃)₃为主要原料，通过调控溶液中wo₄^2-离子在固体bi(no₃)₃表面的反应速率，以制备bi₂wo₆纳米片前驱体，再通过控制热处理温度获得具有多孔结构的bi₂wo₆纳米片。所得到的多孔bi₂wo₆纳米片因具有较高的比表面积，从而有望获得更高光催化性能。并通过测试所得样品光催化降解有机污染物的性能，探究样品光催化剂微结构与其光催化性能间的关系，推断多孔bi₂wo₆纳米片光催化性能提高的机理。

2、技术方案

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅文献资料，准备实验仪器及药品，完成英文文献的翻译，完成开题报告；

第4-8周：细化研究实验细节，探索与调整可行性实验方案；

第9-14周：修改与完善实验步骤，测试样品的性能，表征样品的各种微结构，记录并分析所得数据，撰写论文并准备答辩；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张彭义, 余刚, 蒋展鹏. 半导体光催化剂及其改性技术进展[j]. 环境科学进展, 1997, 5(3): 1-10.

[2] zhangl, wang w, zhou l, et al. bi₂wo₆ nano- andmicrostructures: shape control and associated visible-light-drivenphotocatalytic activities.[j]. small, 2007, 3(9): 1618-1625.

[3] 杨松旺, 高濂. 简单有效掺氮氧化钛纳米晶的制备及其可见光催化性能[j]. 无机材料学报, 2005, 20(4): 785-788.