光诱导沉积法在制备助剂修饰型光催化材料中的应用开题报告

 2021-12-25 15:36:46

全文总字数:4798字

1. 研究目的与意义(文献综述)

由于对石油、煤炭和天然气等不可再生能源的严重依赖,人类社会面临两个主要问题:能源危机和环境污染。近几十年来,人类一直在寻找环保和可再生能源以及储能的解决方案[1]。由于氢气具有低成本,无污染的特性,被认为是替代化石燃料的一种新能源[2-3]。目前,光催化剂主要包括金属氧化物、硫化物、包含有d0或d10过渡金属阳离子的氮化物、新型二维半导体及其异质结构等[4-5]。但是这些光催化剂大多在紫外光的照射下才具有活性,且部分光催化剂的稳定性较差。因此需要寻找合适的光催化剂或者优化现有的光催化剂以实现高效的光催化反应。

半导体光催化反应主要是由三个过程完成的,(i)半导体受到相应波长的光照后被激发产生电子和空穴;(ii)光生电子和空穴发生复合和迁移;(iii)光生电子和空穴迁移到半导体表面与反应物发生氧化还原反应。在上述三个过程中过程(ii)在光催化反应过程中起着至关重要的作用[6]。当前各种光催化材料的性能都比较低,难以广泛应用,主要原因是光生电子和空穴在迁移和表面发生氧化还原反应过程中,可发生快速复合,因此降低光催化效率[7]。如何采用有效调控技术最大限度抑制光生电子和空穴的复合对提高光催化性能是具有决定性的影响因素。

为了提高光催化剂的性能,常通过负载助催化剂可改变光催化材料中光生载流子的分离与传输速率,增强光生电子与空穴的快速传输,提高界面催化反应;同时,又可扩宽催化剂对可见光的吸收范围,增强其对可见光的吸收强度,从而改善催化剂的催化性能,提高其适用性。助催化剂在光催化材料表面的合成方法很多,而光诱导沉积法是其中最简单、绿色且温和的方法之一。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1.基本内容

介绍目前光催化材料催化产氢领域的研究和发展现状,对不同催化材料的制备工艺及其应用进行概括。参考国内外光诱导沉积领域的文献,通过对不同种类别助剂的光诱导合成的分析和研究,重点讨论光诱导沉积的原理、形成的结构(助剂的形貌、颗粒大小、分布的均匀性)、及对光催化活性的影响(活性提高的情况、提出可能的机理)。

其中对于催化材料的改性,尤其是通过光诱导沉积法在催化材料表面负载助催化剂的改性方法,将进行深入研究。在对光诱导沉积法加深理解的基础上,提出更高效的复合材料制备技术,以及光诱导合成的改进方案。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究课题。确定思路,完成开题报告;

第4-7周:调研助催化剂的光诱导沉积法及其进展;

第8-12周:了解助催化剂对材料光催化活性的影响;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]刘大波, 苏向东, 赵宏龙. 光催化分解水制氢催化剂的研究进展[j]. 材料导报, 2019, 33: 13-19.

[2]陈安, 刘振华. 光催化材料的研究和发展趋势[j]. 广东化工, 2017, 44: 138-140.

[3]chen x., liu l., peter y., et al. increasing solar absorption for photocatalysis with black hydrogenated titanium dioxide nano-crystals[j]. science, 2011, 331: 746-750.

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