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1、基于“金属/TiO2复合纳米结构”表面等离子共振光催化剂的制备与性能研究,纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。,表面等离子共振：（Surface Plasmon Resonance, SPR）当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面（比如玻璃表面的金或银镀层）时，可引起金属自由电子的共振，由于共振致使电子吸收了光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。其中，使反射光在一定角度内完全消失的入射角称为SPR角。SPR随表面折射率
2、的变化而变化，而折射率的变化又和结合在金属表面的生物分子质量成正比。因此可以通过获取生物反应过程中SPR角的动态变化，得到生物分子之间相互作用的特异性信号,1 , 研究意义。2，研究目的。3，主要内容。4，已具备条件。5，研究方案。6，主要内容。7, 最新进展。8，应用前景。,研究意义,TiO2作为一种宽禁带半导体材料，由于其高的光催化活性、良好的化学稳定性、耐腐蚀、无毒等优点已被广泛研究1，在诸多领域有着广泛的应用前景。随着研究的日益深入，TiO2的缺点也逐渐显现，例如可见光利用率低，光响应范围窄，量子产率低等，从而限制了TiO2的实际应用，所以制备可见光响应型的光催化剂已成为该领域重要的研
3、究方向。目前已经研究了很多方法来提高TiO2的可见光利用率，例如掺杂以及复合窄禁带半导体等2,3。但是，这些改性存在活性不高等缺点，研究一种新型的高活性的光催化材料以应用于实际十分重要。,近几年，人们提出了新型等离子光催化材料的概念，开辟了一条通过金属表面等离子体效应对半导体光催化材料进行表面修饰，进而提高光催化材料性能的新途径4,5。贵金属表面等离子体共振（SPR）即纳米金属粒子受到一定频率光照射后，金属表面的电子被激发到高的能级，与光波的电场耦合并产生共振，从而使金属表面的电场磁增强(1061010倍)，是金属纳米颗粒（尤其是Au和Ag纳米颗粒）非常独特的光学特性，这个优异的性质已受到人们
4、的广泛关注6。等离子体共振效应可以使金属粒子附近的光电场显著增强，例如，贵金属银在紫外-可见区域有共振吸收峰，尤其是在可见光有强烈吸收，与TiO2结合后可以拓展催化剂的可见光光吸收7。,本项目通过研究贵金属在二氧化钛介质中表面等离子共振体系，研究影响贵金属纳米颗粒表面等离子体共振强度的因素。例如，研究贵金属（如金、银等）的不同种类、不同含量、不同尺寸与形貌会对可见光催化性能的影响,研究目的,（1）研究纳米TiO2负载贵金属量子点的表面等离子共振效应光催化剂的制备和性能； （2）提高项目组成员的科研水平，以及运用所学知识解决一些生产生活中实际问题的能力。,主要内容,（1）以钛酸丁酯为前驱物，采用
5、水热法制备不同形貌纳米TiO2并研究其光催化性能；（2）研究负载不同贵金属（Ag、Au）量子点对纳米TiO2复合光催剂的光催化性能影响；（3）研究负载量贵金属量子点不同含量对纳米TiO2复合光催化剂的光催化性能影响；（4）研究不同形貌纳米TiO2对纳米TiO2复合光催化剂的光催化性能影响。,已具备的条件,本项目研究组成员经过本科材料科学基础无机化学等课程的学习已经具有了一定的学科知识基础，并且培养起了积极的科研兴趣，经过实验教学以及学习已经具备了较强的动手能力，具备基本的科研能力和素质，完全有能力担任本项目的研究工作。团队成员拥有扎实的基础。，对实验充满热情；对待事物一丝不苟，遇到问题总是喜欢
6、刨根问祖，认真态度很适合为实验的成功进行严密把关，团队协作能力强,本项目涉及的研究内容是本实验室项目的拓展和延伸，具有了比较扎实的理论基础和大量的前期工作，这些条件为本项目的实施提供了保障。实验室同时拥有一批先进的粉体制备、表征工艺设备，包括：精密分析天平、XRD分析仪、DSC-TG分析仪、红外光谱分析仪、SEM、TEM、氙灯、可见光光源、紫外-可见分光光度计等，完全可以承担该项目的研制工作。指导老师陈德良老师2005年毕业于中科院上海硅酸盐研究所，获得博士学位，先后留学于日本早稻田大学、韩国科学技术院；主要致力于低维纳米晶材料的低成本、规模化制备，以及低维纳米结构在新能源与环境净化方面的应用
7、研究。2007年4月起供职于郑州大学材料科学与工程学院，任副教授、硕士生导师。先后被评为“河南省教育厅学术技术带头人（2010年）”、“河南省高等学校青年骨干教师（2011年）”。,研究方案,1、不同形貌氧化钛纳米晶的制备与表征以钛酸丁酯异丙醇为前驱物，用乙酸调节其PH2，磁力搅拌，使其充分水解即可制得TiO2前驱体溶胶，在不同的温度下水热不同时间制备TiO2。利用XRD、SEM、TEM等表征方法对其物相和形貌进行表征。2、贵金属（Au、Ag等）负载二氧化钛复合纳米催化剂的制备与表征采用浸渍法将贵金属（Au、Ag等）负载到纳米二氧化钛表面上，形成等离子共振体系，利用XRD，SEM，TEM等分析
8、手段研究制出的纳米二氧化钛复合光催化剂的物相和结构。3、贵金属（Au、Ag等）负载二氧化钛复合纳米催化剂光催化性能表征,用已制备的催化剂分别降解亚甲基蓝/甲基橙/罗丹明B染液表征光催化性能，研究不同金属对纳米TiO2光催化性能的影响。如：配制含有20 mg/L的催化剂及染液，黑暗反应30 min使催化剂充分吸收染料后对其进行光照处理，开始反应后，在反应时间分别为1 min、2 min、3 min、5min、10 min、20 min、30 min取样2 mL，离心机分离(10000 r/min,15 min),采用紫外-可见光分光光度计测定上清液中残留染液溶液的浓度。分组更换复合光催化剂和待降
9、解试剂，按此步骤重复实验。4、影响因素与机理研究(1) 改变金属及其添加量，研究不同贵金属不同负载量对纳米TiO2复合光催剂的光催化性能的影响；(2) 使用不同形貌的纳米TiO2为基体，研究基体形貌对纳米TiO2复合光催剂的光催化性能影响；(3) 研究催化剂与染料作用机理。,进度安排,项目期限为2012年9月-2013年8月。(1) 2012年9月-2012年11月，进行课题进一步调研，购买所需材料，制备纳米二氧化钛，通过XRD、SEM、 TEM等技术研究产品的表征，选出合格产品，用于进一步实验。(2) 2012年11月-2013年3月，将贵金属负载到纳米二氧化钛表面，形成表面等离子共振体系，
10、通过TEM、XRD等技术研究产品的表征，探索最佳工艺参数，筛选出和预期相符的产品，以供研究使用。(3) 2013年4月-2013年8月，研究不同金属、同一金属不同负载量制成的复合光催化剂的催化效率，得出性能测试结果。优化工艺参数，评估课题研究结果。,最新进展,要想是实验获得巨大成就，必须时刻关注研究方向的最新进展，这样才不至于重复前人的成果，要创新，就必须学会站在巨人的肩膀上，学为己用，而不是一味的去模仿，,TiO2光催化剂的掺杂改性,尽管TiO2是目前已知所有半导体材料中光催化反应活性最高的，但是迄今为止，文献报道TiO2光催化反应的量子效率都还是很低，也就是说绝大部分光子在反应中不能够被利
11、用，所以提高TiO2的催化活性是多相光催化技术推广应用的重要任务。此外，由于TiO2的带隙高(锐钛矿3.20eV和金红石3.03eV)，所以只有光线的辐射能大于其带隙才能够在光催化反应中被利用，而太阳光中只有很小的一部分满足这样的能量要求，基于这些原因，掺杂或改性TiO2光催化剂以达到对可见光的利用和提高其活性是很有必要的，国内外科技工作者对此进行了大量的研究。改性Ti02光催化剂的方法主要有：金属掺杂改性、金属表面修饰、半导体复合、染料表面修饰等。近年来的一些研究表明以非金属掺杂改性同样具有高的效率并且显示出可见光活性，这些方法包括氮掺杂、碳掺杂改性以及F、S元素等掺杂改性。,TiO2光照产
12、生电子-穴洞及其氧化-还原示意图,应用前景,我们之所以研究二氧化钛的光催化性能，主要是因为它能够在多方面得到应用，发展前景广阔，预期成果1发表SCI论文一篇。2补充当前文献中对于贵金属表面等离子共振的研究。3项目组成员的科技创新能力有较大提高下面将走进二氧化钛的应用。这将给我们带来全新的观念，科学是无涯的，只要懂得探索，一切皆有可能。,1. Ti02纳米光催化剂薄膜对人工品状体表面修饰作用,复杂性白内障，如葡萄膜炎性、糖尿病性、外伤性及先天性白内障，因术后炎症反应明显，可导致晶状体前膜、瞳孔后粘连及后发性白内障等并发症的发生。因此减轻炎症反应、减少人工晶状体前膜及后发性白内障的形成成为人工晶状
13、体修饰方面的研究目标。光催化是近20年来最活跃的化学研究领域之一，纳米TiO：光催化剂具有化学性质稳定、生物相容性良好及受光激发后产生氧化还原反应等特点，可以有效的杀伤病毒、细菌、肿瘤细胞等有机物。本实验模拟人工晶状体表面修饰的方法对玻璃薄片表面进行TiO：修饰，在实验条件下观察纳米TiO：光催化剂薄膜受光激发后对牛晶状体上皮细胞(Lens epithelium cells，LEC)的杀伤作用，为寻求一种具有动态、持续、安全抑制LEC、炎症细胞增生，又具备杀伤细菌功能的人工晶状体表面修饰材料提供理论依据1。,2.含氯酚废水的处理,目前含氯漂白技术在我国依然是一种重要的纸浆漂白技术，由于漂白废水
14、携带大量有机氯化物等毒性物质(如氯酚等)，对水体产生了严重污染。因此，针对如何去除此类毒性物质的研究越来越受到广大科学工作者的关注，光催化降解就是其中的方法之一.大多数研究者将重点放在催化剂的改性及配伍方面，也有部分研究者开始考虑利用其他能场的协同效应来强化光催化降解(如利用微波辅助光催化降解氯酚，利用放射性物质60Co-r源辐照降解4-氯酚等)。超声波作为一种重要的能场，其协同光催化降解氯酚物质的研究并不多，因此需进一步探索和研究超声波协同光催化降解氯酚废水的过程2-3。,3. 纳米TiO2增强MQ硅树脂硅橡胶性能,硅橡胶具有优异的耐高低温、耐候、耐臭氧、抗电弧、电气绝缘性、耐化学品、高透气
15、性及生理惰性等优点，因而在航空、宇航、电气电子、化工仪表、汽车、机械等工业以及医疗卫生、日常生活的各个领域得到了广泛的应用川。其中加成型硅橡胶由于硫化过程不产生副产物，收缩率极小且强度高，在高温下的密封性及抗返还性比缩合型好，而越来越得到人们的重视。未增强的硅橡胶力学性能很差，因此龙江省石油化学研究院；东北林业大学的宁志强、徐晓沐、郊明伟等人通过试验得到如下结论： 1) MQ硅树脂增强的硅橡胶中，加人少量纳米二氧化钦改性后，能够改善硅橡胶的力学性能，其硬度和断裂伸长变化不大，而拉伸强度和抗撕强度提高; 2) MQ硅树脂增强的硅橡胶中，加人少量纳米二氧化钦改性后，硅橡胶耐热性提高; 3) MQ硅
16、树脂增强的硅橡胶中，加人少量纳米二氧化钦改性后，硅橡胶的溶胀比降低，凝胶质量分数和交联密度增加4。,4.杀菌方面的应用,随着生活水平的提高，人们对工作和生活环境的卫生日益重视。一般杀虫剂能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如内毒素，因此各种环保型的抗菌功能材料应运而生，并获得了迅速发展。利用纳米Ti02光催化产生的光生电子与光生空穴与催化剂表面吸附的H2O或OH形成具有强氧化性的活性经基或超氧离子，与细菌细胞或细菌内组分进行生化反应，彻底杀死细菌，同时还能降解由细菌释放出的有毒复合物，防止内毒素引起二次污染。利用纳米Ti02相继制成了抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌自洁玻璃、抗菌不锈钢和抗菌纤维等制品。另外，纳米Ti02在中央空调的杀菌、杀菌涂料等方面，都能实现抗菌、抗霉和净化空气等功能11o C.Hu等人通过对AgI/Ti02复合的光催化剂的杀菌性能进行了研究，在可见光照射下，该催化剂可高效杀死大肠杆菌和葡萄球菌，而且检测表明，细菌完全分解为C的氧化物或小分子有机物。,
