光催化开题报告

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1、题论文题目学院专业年级姓名时间指导老师报告光催化原理及研究迸展一，研究目的、意义迸入21世纪以来，全球面临能源危机和环境污染的严峻挑战，急需新材料来解决这些问 题。作为新材料的代表，光催化剂诞生于20世纪70年代，目前已应用于环境净化，自清洁材 料，光解水制氢、太阳能电池，癌症医疗，高效率抗茵等多个前沿领域。光催化技术在常溫、常 压卜就可以迸行，能够彻底破坏有机或无机污染物，并使之完全、快速氧化为co2. h2o等无害物 质，避免了二次污染，从而达到净化环境的目的。目前，在众多的半导体光催化剂中，ti。2因其 无毒、活性高和稳定等特点而被认为是比较理想的光催化剂之一。二，国内外研究概况1972

2、年，口本东京大学fuj ishima和honda研究发现，利用tio单晶迸行光催 化反应口J使 水分解成氢和氧。这一幵创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面匡动。在过去30年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。以ti。为 例，揭示了其晶体结构、表面轻基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制：采用元素掺杂、复 合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围：通过在其表面沉积贵金属纳米 颗粒可以提高电子一空穴对的分离效率，提高其光催化活性。以ti。为载体的光催化技术已成功 应用于废水处理、空气净化、自清洁表面、染料敏化太阳电池以及抗菌等多个领域。尽管

3、人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的迸步，然而受认知手段与认知水平的限 制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，亟待大力 幵展光催化基本原理研究工作以促迸这一领域的发展。另一方面.现有光催化材料的光响应范闱 窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，依然是制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子 效率光催化材料是实现光能转换的先决条件，也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之* O目前新型光催化材料幵发方法主要集中在以卜两个方面：一是对紫外光响应型宽带隙光催化 材料的改性使其获得可见光响应；另一方面是通过材料设计的方法设计和幵发可见光响应型光催 化材料。拓

4、展紫外光响应型半导体的光响应至可见光区的方法主要集中在元素掺杂改性、半导体 复合与光敏化等方面。另外，通过材料设计的方法，从晶体结构、能带结构设计出发，采用理论设计与实验相结合的方法也 可以获得具有町见光响应的光催化材料。三，研究方法与内容1, 小组集体认真听取指导老师有尖光催化技术的介绍，并在指导老师的讲解卜了解光催化 技术研究所需的一些仪器。2, 各小组成员通过互联网查阅有尖资料，如光催化技术的起源、原理、应用范例及研究方 向，光催化剂的种类、优点与缺点，二氧化钛的光催化性质的缺点及改迸方法，并定期以组会的 方式进行交流。3, 小组成员目愿到指导老师的实验室迸行参观，实地学习了解迸行光催化

5、技术研究所需的 各种仪器、实验的方法以及做研究所需的探索科学的精神。在师兄师姐做实验的时候，认真从旁 观察，遇到不懂的地方向师兄师姐请教。4, 小组成员根揭近两周的研究经历撰写个入研究报告，总结研究成果。四，可能存在的问 题1, 研究过程中会涉及到一些过于专业的知识，在理解的时候产生障碍。2,五、预期的结果通过两周的研究、学习，小组成员均掌握了光催化技术的原理，了解了各种光催化剂的性质 以及在各领域的应用，对光催化技术产生浓厚的兴趣。六、时间、迸度安排6月19 口，听取指导老师有尖方面的介绍。2, 6月19 口一 6月30 口，以个人研究及小组交流的方式展幵研究，也可到指导老师的实 验室实地学

6、习。3,7月1 口一7月3 口，撰写个人研究报告。篇二：光催化实验开题报告台州学院本科毕业论文幵题报告药废水课题来源教师科研课题类型实验研究型学院生命科学学院专业环境工程学号篇三：开题报告一-纳米氧化锌的制备及光催化性能研究附件5：表5合肥师范学院本科生毕业论文（设计）幵题报告（学生用表）O篇四：光催化剂的制备-幵题报告目录1. 文献综述11.1. 光催化材料发展概况11.1.1. 光催化材料的起源与种类11.1. 2.改善光催化材料性能的主要方法21.2. 目前光催化技术的应用31. 3. tio2光催化材料存在的问题与展望42. 研究目的和意义 53. 研究内容05迸度计划参考文献61.文

7、献综述1.1. 光催化材料发展概况1.1.1. 光催化材料的理论基础与种类自1972年，fujishima等在nature上发表的论文揭幵了研究光催化技术的序蓦。之后的几 十年光催化技术在光催化抗菌、光催化污水処理、太阳能光催化分解水制氢等众多领域有了深入 的发展。光催化技术以半导体的能带理论为基础。半导体的能带结构一般由填满电子的低能价带 和空的高能导带构成，它们之间由禁带分开。当以能量等于或大于半导体禁带竟度的光照射时， 价带电子被激发迸入导带，在导带上产生带负电的高活性电子2)，价带上留下带正电荷的空穴 (h+),形成电子-空穴对，在电场作用下分离并迁移到粒子表面。半导体光催化的基本过程

8、可描述为：光激发诱导半导体价带电子跃迁到导带，藉此，在半导 体导带和价带中分别形成电子和空穴：屯子-空穴通过晶格迁移到材料表面，该过程中电子-空穴 的分离和复合相互竞争；在材料表面的电子和空穴分别与周围反应介质发生还原和氧化反应。换 言之，半导体光催化的基本过程可简单描述为：半导体中的光生电子-空穴在晶格中分离并迁移到 材料表面参与化学反应，这期间一直伴隨着电子-空穴的分离和复合的竞争过程。理想的光催化材料有如下四个基本要求：坏境友好：优异的电子-空穴分离能力；适合的能 带电势，尤其在光催化分解水的应用中，要服从产氢和产氧的能带匹配原则：可见光响应能力。目前所报道的光催化材料主要集中于：1)

9、氧化物：以tio2、inl-xnixtaozl等为代表2) 硫化物：cds zns、zns-cuins2-agins2(agin) xzn2?2xs2 W3) 氧硫化物：In2ti2s2o5 (In二桶土元素)等：4) 氮化物：ta3n5、ge3n4、gan 等：5) 氧氮化物：latio2n% y2ta2o5n2、taon、(gan) l-x (zno) x、mtao2n (m = ca、sr ba)等：2 16) 氢氧化物：in (oh) 3 : s：7) 磷化物：inp；8) 碳化物：sic；9) 硅化物：tisi20其中，氧化物具有化学稳定好的优点，是研究得最充分的体系，元素周期表中所

10、有可能作为 光催化剂的简单二元金属氧化物均被涉猎到，目前研究的趋势是利用能带杂化的概念幵发三元乃 至多元的金属氧化物或固溶体；硫化物由于共价性较强，容易获得窄的禁带觅度，但在光催化过 程中不町避免地存在光刻腐蚀的现象：氧硫化物的性能介于氧化物和硫化物之间：氮化物的共价 性强，氧化物半导体通过氮掺杂可明显使吸收边红移：氧氮化物性能介于氧化物和氮化物之间： 其他的如氢氧化物、磷化物、碳化物和硅化物等系列作为光催化材料的研究报道并不多见。1. 1. 2改善光催化材料性能的主要方法3光催化材料已经显示出了其广阔的运用前景，但光催化材料所存在的一大明显不足就是对于 太阳光的利用率和转化率太低，因此，近年

11、来许多科学家都致力于对光催化材料的改性以及光催 化剂的幵发。以纳米ti2为例，纳米ti2以其无毒，光催化活性高，稳定性高，氧化能力强，能耗低,可重复使用等优点而成为最优良的光催化材料。但是ti 2的禁带宽度（eg二3 .2 ev）较大，只能 吸收占太阳光谱大约4$的紫外辐射（波长=387 . 5 n m），所以不能充分利用太阳能：此外，光生 电子和空穴复几率很高导致tio2的光生载流子利用效率低，由于存在这两个缺陷，在一定程度 上制约了 ti2光催化技术的实际应用。围绕这两个矢键问题，目前半导体光催化技术研究呈现两 个热点：（1）对七匚。2迸行修饰改性以扩展其有效光响应范围及提高光生电子和空穴

12、的利用效 率，提高光催化反应活性。（2 ）开发新型半导体光催化剂，要求其对可见光生电子和空穴的利 用效率，提高光催化反应的活性。影响tio2光催化反应活性的因素：1）金属沉积的影响5:常见的沉积贵金属有pt、p d、ag. au等，其中研究最多的是p t/tio 2体系，沉积贵金属可改善光催化剂活性。贵金属沉积之所以能改善光催化剂的活性，因为 金属与ti。2具有不同的费米能级，大多数情况卜是金属的功函高于半导体的功函数，当二者接 触时，电子发生转移，从费米能级高的ti。2转移到费米能级低的金厲，直到二者费米能级相匹 配。2）金属离子修饰的影响：大量研究表明，掺入金属离子可改善tio2的光催化性

13、能。从化学 观点看，金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度等，从而影响电子一孔 穴对的复合。3）半导体i（合的影响：近年来的研究表明ti o2 c d s、ti o2s n o2等二元复合半导体 几乎都表现出高于单个半导体的光催化性能，如ti o2-s n。2降解燃料的效率提高了 1。倍。二 元复合半导体光催化活性的提高可归因于不同能级半导体之间光生裁流子的运输与分离。半导体 复合是提高光催化效率的有效手段。通过半导体复合可以提高系统的电荷分离效果，扩展对光谱 吸收范鬧。4）光敏催化剂的影响：普通粉末催化剂的量子效率不高，而纳米材料在光学性能，催化性 能等方面发生了变化。光生

14、电子与空穴从相体内扩散到催化剂表面发生氧化还原反应的时间t与颗 粒尺寸与如下矢系：t二 co2、po43、so42 *、no3-、卤素离子等 无机小分子、达到完全无机化的目的。染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含 油废水等都可以被ti02催化降解。b 1 a k e在一篇综述中详细罗列了 3 0 0多种可被光催化的 有机物。美国坏保局公布的1 1巾种有机物均被证实可通过光催化氧化降解矿化。许多无机物在ti02表面也具有光化学活性，mi y a k a等早在19 7 7年就用t i。2悬浮紛 末光解cr2o72-还原为c r3 +的研究。利用二氧化钛催化剂的强氧化还原能力，可以将污

15、水中 汞、辂、铅、以及氧化物等降解为无毒物质。1.2目前光催化技术的应用光催化作为一种自然现象已在电化学、光化学、催化化和生物化学等领域中得到广泛的研究 和应用。1）光催化抗菌领域：近年来，纳米材料光催化技术在太阳能光催化杀菌消毒等方面得到了 快速发展。尤其是2003年春夏出现的严重急性呼吸道感染综合症（sars），使得人们对 预防病 菌、病毒等微生物引起的坏境健康问题展开了迸一步研究，从而推迸了纳米光催化抗菌杀毒技术 研究的深入展幵，各种光催化抗菌制品应运而生，并获得了迅速发展。在光催化抗菌领域已有抗菌陶瓷制品、抗菌自洁玻璃制品、抗菌纤维、抗菌不锈钢等产品的问世。2）光催化水处理领域：近年来，光催化氧化技术已成为水处理领域的研究热点之一。光催 化氧化技术的基本原理是利用光敏半导体在光的照射卜激发产生的电子-空穴对，与半导体表 面的溶解氧、水分子等发生反应，产生氧化性极强的h。