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1、本科生毕业设计( 论文) 任务书学生姓名： 文敏 专业班级：材料物理 0602 指导教师： 陈文 工作单位： 材料学院 设计(论文)题目:TiO 2基一维纳米材料光催化降解气相苯的研究 设计（论文）主要内容：1、了解光催化纳米材料的基本概念、发展现状和应用前景，掌握其制备原理和主要制备方法。2、掌握光催化降解气相苯的测试方法；采用水热法制备出一维形貌的TiO2，研究溶液浓度、水热温度及时间等参数对产物形貌结构的影响，并对其光催化性能进行测试。3、对制备的 TiO2纳米材料进行修饰，并对其结构及光催化性能进行表征和测试，研究包覆或掺杂修饰对 TiO2纳米材料在结构和光催化性能等方面的影响。要求完
2、成的主要任务:1、查阅不少于 15 篇的相关资料，其中英文文献不少于 2 篇，完成开题报告。2、用水热法制备 TiO2一维纳米材料，并对其结构及光催化性能进行表征和测试。3、研究包覆或掺杂修饰对 TiO2一维纳米材料结构及光催化性能的影响。4、完成不少于 5000 字的英文文献翻译。5、完成毕业论文，字数不少于 1.2 万字。必读参考资料：1 Sohn Y S, Smith Y R. Electrochemically assisted photocatalytic degradation of methyl orange using anodized titanium dioxide nan
3、otubesJ. Appl. Cata. B, 2008, 84:372-378.2 Yang L, Liu Z. Study on light intensity in the process of photocatalytic degradation of indoor gaseous formaldehyde for saving energyJ. Energ. Conv. Manage, 2007, 48: 882889.指导教师签名： 系主任签名： 院长签名(章)_ _ 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）光催化材料是指在特定波长的光的照
4、射下受激生成“电子-空穴” 对，这种“电子- 空穴”对和周围的水、氧气发生作用后具有了极强的氧化还原能力，能将空气中甲醛、苯等污染物直接分解成无害无味的物质，从而达到净化空气的目的。TiO 2 因具有较宽的禁带宽度、高的折射率和稳定的化学性能，又有着耐酸碱、耐氧化还原、耐光腐蚀、无毒低成本等优良特性而成为光催化材料研究的热点。对光催化反应历程而言最关键的是激发和迁移两步，激发过程由电子能带结构调控，光生载流子的迁移则决定了催化活性和量子产率。从基础研究的角度来说，TiO 2 光催化剂其较宽的禁带宽度和较低的量子产率仍然是限制其发展的主要原因。TiO 2 的带隙约为 3.2 eV，光吸收波长主要
5、集中在紫外区，而辐射到地面的紫外光部分仅占太阳光的 5%左右，所以从利用太阳能的角度来说，利用太阳能的效率很低；另一方面，光生载流子的复合几率较高，导致量子产率较低，常规半导体光催化剂的量子产率只有 4%左右。因此，研制具有高量子产率，易激发的高效光催化剂，是当前解决在环保领域应用光催化剂的难点。当催化剂的晶粒尺寸减小到纳米级时，催化剂具备与块体催化剂不同的独特性质，除了高比表面、高吸附性能等优点外，针对光催化反应，着重体现在其具备量子尺寸效应及小尺寸效应等特殊的光响应性质。随着粒径的不断减小，半导体的能带结构逐渐向原子或分子的能级结构过渡，导带中电子的离域程度越来越小，受到空间限制的作用越来
6、越大。要实现制备在可见光范围响应的催化剂，就必须调控价带和导带位置,缩小带隙宽度至合适位置。基于电子能带结构通常有两种途径设计光催化剂：一种是在已有半导体光催化剂中掺杂金属或非金属元素，另一种是调控价带或导带位置构造新型光催化剂。而实际光催化剂电子结构更加复杂，存在缺陷或氧空位等都可产生杂质能级，使得响应波长红移。采用水热法可制备 TiO2 一维纳米材料，有效的改善 TiO2 的吸附及光催化性能，并通过对一维纳米进行掺杂修饰处理来减少电子与空穴的复合，利用外加粒子的自身特性和一维纳米材料相结合，从而克服单独使用 TiO2 一维纳米材料的不足，使得 TiO2 一维纳米材料的性能有更进一步的提高。
7、本工作将通过制备具有大的比表面积的 TiO2 一维纳米材料，并通过进一步的金属粒子及半导体复合修饰，使吸收波长扩大至可见光区，以实现光催化性能的提高。2、基本内容和技术方案基本内容掌握水热法的原理及基本工艺；在调研的基础上，采用水热法制备 TiO2一维纳米材料，研究溶液浓度、水热温度及时间等参数对产物形貌结构的影响，并对其光催化性能进行测试；对制备的 TiO2一维纳米材料进行修饰，并对其结构及光催化性能进行表征和测试；研究金属粒子沉积和半导体复合修饰对 TiO2一维纳米材料在结构和光催化性能等方面的影响。对材料修饰机理进行初步探讨，并对光催化降解气相苯的机理进行初步分析。技术方案1. 以商业
8、P25 粉为原料，采用水热法制备出 TiO2 一维纳米材料，考察溶液浓度、水热温度及时间对产物的形貌结构的影响。2. 采用 XRD、FE-SEM 、 TEM 等表征手段对制备出的一维纳米材料进行形貌结构表征，并对材料进行紫外可见光谱及光催化降解苯的性能测试。3. 在最佳工艺制备出的一维纳米材料的基础上采用化学法对其进行金属粒子沉积及半导体复合修饰，并对其形貌结构和光催化性能进行测试表征。3、进度安排第 7 学期：第 2021 周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需实验和测试方法。确定方案，完成开题报告。第 8 学期：第 1 9 周：采用水热法合成 TiO2 一维纳米材料，研究溶液浓度、水热温度及时间参数对产物形貌结构的影响。确定最佳溶液浓度、温度、时间等参数，并在最佳条件下合成 TiO2一维纳米材料，通过 XRD、FE-SEM、TEM 等方法分析四其形貌结构，并对其光催化降解气相苯的性能进行研究。第 1011 周：对 TiO2一维纳米材料进行半导体复合修饰，研究半导体复合对纳米材料在结构和光催化性能方面的影响。第 1214 周：完成并修改毕业论文。第 15 周: 准备论文答辩。4、指导教师意见 指导教师签名：年 月 日
