光催化开题报告.docx

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光催化开题报告

光催化开题报告

开

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进展

一，研究目的、意义

进入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，高效率抗菌等多个前沿领域。

光催化技术在常温、常压下就可以进行，能够彻底破坏有机或无机污染物，并使之完全、快

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。

尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，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，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。

另一方面，现有光催化材料的光响应范围窄，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一。

目前新型光催化材料开发方法主要集中在以下两个方面：

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开发可见光响应型光催化材料。

拓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可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关光催化技术的介绍，并在指导老师的讲解下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关资料，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进方法，并定期以组会的方式进行交流。

3，小组成员自愿到指导老师的实验室进行参观，实地学习了解进行光催化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，小组成员根据近两周的研究经历撰写个人研究报告，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、进度安排

1,6月19日，听取指导老师有关方面的介绍。

2,6月19日——6月30日，以个人研究及小组交流的方式展开研究，也可到指导老师的实验室实地学习。

3,7月1日——7月3日，撰写个人研究报告。

篇二：

光催化实验开题报告

台州学院

本科毕业论文开题报告

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---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）开题报告

（学生用表）

。

篇四：

光催化剂的制备—开题报告

1.文献综述..................................................................................................................................1

1.1.光催化材料发展概况...................................................................................................1

1.1.1.光催化材料的起源与种类...............................................................................1

1.1.2.改善光催化材料性能的主要方法...................................................................2

1.2.目前光催化技术的应用...............................................................................................3

1.3.tio2光催化材料存在的问题与展望...........................................................................4

2.研究目的和意义..........................................................................................................................5

3.研究内容......................................................................................................................................5

5进度计划......................................................................................................................................6

参考文献..........................................................................................................................................6

1.文献综述

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上发表的论文揭开了研究光催化技术的序幕。

之后的几十年光催化技术在光催化抗菌、光催化污水处理、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宽度的光照射时，价带电子被激发进入导带，在导带上产生带负电的高活性电子（e－），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；电子-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，这期间一直伴随着电子-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：

环境友好；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）氧化物：

以tio2、in1-xnixtao4等为代表

2）硫化物：

cds、zns、zns-cuins2-agins2、（agin）xzn2?

2xs2等

3）氧硫化物：

ln2ti2s2o5（ln=稀土元素）等；

4）氮化物：

ta3n5、ge3n4、gan等；

5）氧氮化物：

latio2n、y2ta2o5n2、taon、（gan）1-x（zno）x、mtao2n（m=ca、sr、ba）等；[2][1]

6）氢氧化物：

in（oh）3:

s；

7）磷化物：

inp；

8）碳化物：

sic；

9）硅化物：

tisi2。

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开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，容易获得窄的禁带宽度，但在光催化过程中不可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开发。

以纳米tio2为例，纳米tio2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tio2的禁带宽度（eg=3.2ev）较大，只能吸收占太阳光谱大约4%的紫外辐射（波长=387.5nm），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tio2光催化技术的实际应用。

围绕这两个关键问题，目前半导体光催化技术研究呈现两个热点：

（1）对tio2进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、pd、ag、au等，其中研究最多的是pt/tio2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tio2具有不同的费米能级，大多数情况下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tio2转移到费米能级低的金属，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）半导体复合的影响：

近年来的研究表明tio2—cds、tio2—sno2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tio2—sno2降解燃料的效率提高了1o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载流子的运输与分离。

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，扩展对光谱吸收范围。

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与颗粒尺寸与如下关系：

t=d2／（k2d）式中：

d为电子空穴扩散系数,d为半径，k为常数。

可见粒径小，光生电子和空穴从tio2体内扩散表面的时间短，它们在tio2体内的复合几率减小，到达表面的电子和空穴数量多，光催化活性高。

tio2能有效的将废水中的有机物降解为tio2、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。

blake在一篇综述中详细罗列了300多种可被光催化的有机物。

美国环保局公布的114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，miyaka等早在1977年就用tio2悬浮粉末光解cr2o72-还原为cr3+的研究。

利用二氧化钛催化剂的强氧化还原能力，可以将污水中汞、铬、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环境健康问题展开了进一步研究，从而推进了纳米光催化抗菌杀毒技术研究的深入展开，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下激发产生的“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ho·，再通过ho·与污染物间的加合、取代、电子转移等作用，使污染物达到完全或部分矿化，最终达到降解污染物的目的。

该领域的具体应用有藻类的去除、石油的降解、洗涤剂及表面活性剂的处理等。

3）太阳能光催化分解水制氢：

用402nm波长的光进行照射，光催化分解纯水的效率为0.66%。

尽管这个效率不高，但能同时放出氢气和氧气，因此被誉为“利用太阳能的曙光”。

4）光催化净化空气：

光催化反应对于气相挥发性有机物具有普遍较好的降解效果，同时，光催化反应对空气中的无机污染物（nox、co、h2s等）也有氧化去除作用。

5）光催化在金属中的防腐蚀应用：

金属腐蚀遍及国民经济各部门，给国家带来巨大损失。

因此，积极探索材料防腐蚀新方法，做好腐蚀与防护工作具有重要的现实意义。

该技术的最大特点是在常温和常压下只利用催化剂、光、空气和水就能实现的，而且从长远来看，它可以利用取之不尽的太阳光能，因此其在腐蚀与防护领域显示出非常诱人的应用前景。

日本学者fujishima领导的研究小组在光催化ti02防腐蚀方面做了一些开创性的工作。

研究表明，ti02涂层在紫外光照下可阴极保护金属cu、不锈钢和碳钢。

随后有人报道了ti02在紫外光或γ射线的照射下可实现不锈钢的光致阴极保护。

1.3tio2光催化材料存在的问题与展望[4]

由于ti02可见光光催化剂潜在的诱人前景，人们对它进行了广泛的研究。

特别是ti02光催化剂的可见光化研究，将为人类充分利用太阳能，改善人类生活环境迈出重要的一。

目前ti02太阳光催化技术已成为国内外研究的热点方向，并取得了一定的进展。

采用金属离子掺杂、非金属元素掺杂、复合半导体、离子注入、染料光敏化等制备的ti02都能在可见光区域内具有较好的响应，表现出可见光光催化活性，提升了ti02光催化技术的研究价值和实用前景。

但由于该技术仍处于研究初期，无论是基础研究还是应用研究都还有许多问题尚待深入研究和解决。

在基础研究方面尚存在许多值得探索的课题，即：

1）对紫外光照射半导体进行光催化反应的机理已有较为系统的报道，但对各种改性方法的可见光化机理的认识尚未统一，还存在争议；对ti02在可见光下的抗菌性能等的研究篇五：

开题报告

xxxx大学xxxx学院

毕业论文开题报告

姓名：

学号：

专业：

指导教师：

填表时间：

及光催化降解甲基橙的研究

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之

一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见审查后生效。

2．学生查阅资料的参考文献应在5篇及以上（不包括辞典、手册），开题

报告的字数要在1500字左右。

3．开题报告中，首页中“论文题目”、“姓名”、“专业”“指导教师”采用

小三号加粗字体填写，其余内容均采用五号宋体填写。

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标gb/t7408—94《数据元和

交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年9月26日”。