西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告

本科畢業(yè)論文開(kāi)題答辯報(bào)告指導(dǎo)教師：XX演示者姓名：XX演示文稿日期：XX引述項(xiàng)目主題：TiO2負(fù)載型催化劑的制備研究及光催化應(yīng)用主題概述研究背景作用原理制約條件研究現(xiàn)狀不足之處改進(jìn)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)流程圖主要藥品主要儀器產(chǎn)品制備產(chǎn)品表征應(yīng)用設(shè)計(jì)預(yù)期結(jié)果進(jìn)程安排參考文獻(xiàn)致謝匯報(bào)目錄

自從1972年日本Fujisima和Honda報(bào)道了TiO2電極上電解水現(xiàn)象后，半導(dǎo)體光催化引起了國(guó)際化學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。納米半導(dǎo)體TiO2光催化技術(shù)具有低能耗、易操作、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，且有望利用太陽(yáng)能在有機(jī)合成，光解水，環(huán)境治理等領(lǐng)域得以應(yīng)用，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。概述研究背景半導(dǎo)體材料之所以能夠作為催化劑，與它自身的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價(jià)帶和導(dǎo)帶構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶。當(dāng)能量大于或等于能隙的光子照射到半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體微粒吸收光子能量，價(jià)帶上的電子(e)就可以躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴(h+)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì),遷移到表面的光生電子和空穴既能參與加速光催化反應(yīng)，同時(shí)也存在著電子與空穴復(fù)合的可能性。概述作用原理

傳統(tǒng)的TiO2光催化技術(shù)以人工紫外光作為光源，成本昂貴，限制了光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，太陽(yáng)能是一種理想的廉價(jià)光源，但TiO2是寬禁帶(Eg=3.2eV)半導(dǎo)體化合物,只能利用波長(zhǎng)較短的太陽(yáng)光能(λ<387nm)，而這部分紫外線只占到達(dá)地面太陽(yáng)光能的5%以下，太陽(yáng)能利用效率很低。

另一方面，受光激發(fā)形成的空穴和電子易于復(fù)合，降低了光量子利用效率。因此縮短催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見(jiàn)光譜擴(kuò)展和抑制TiO2光生電子與空穴的復(fù)合是提高太陽(yáng)能利用率的技術(shù)關(guān)鍵。概述制約條件目前針對(duì)TiO2光催化劑的改性研究主要包括如下方面:表面貴金屬沉積，金屬離子摻雜，非金屬摻雜，染料敏化件、離子注入、引入氧空位以及半導(dǎo)體復(fù)合等等。在以上提高光催化性能方法中，TiO2離子摻雜因其效果佳、無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究，將是今后TiO2實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光催化的主要途徑。Ti02摻雜主要分為過(guò)渡金屬元素?fù)诫s、稀土元素?fù)诫s、非金屬元素?fù)诫s。概述研究現(xiàn)狀

目前金屬離子摻雜研究，大都以光催化氧化反應(yīng)為探針對(duì)個(gè)別離子摻雜改性TiO2催化劑的光催化氧化性能進(jìn)行了研究，而對(duì)元素?fù)诫s后TiO2的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、比表面積和相變溫度等方面的研究還不全面，摻雜體系拓展吸收光譜的研究還很少，對(duì)第四周期摻雜離子的系統(tǒng)研究也不夠深入，對(duì)改性機(jī)制的認(rèn)識(shí)也是眾說(shuō)紛紜。概述不足之處

為進(jìn)一步研究驗(yàn)證金屬離子摻雜對(duì)TiO2的結(jié)構(gòu)、尺寸、光吸收性能和光催化性能等方面的影響，改善TiO2的光催化性能和適應(yīng)工業(yè)化的需要，增強(qiáng)TiO2可見(jiàn)光吸收和提高TiO2光催化效率，本實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法制備了過(guò)渡金屬第一過(guò)渡系Cu、Fe、Zn分別摻雜TiO2，在此基礎(chǔ)上嘗試制備非金屬-金屬-TiO2三元復(fù)合催化劑（S-Fe-TiO2），采用催化甲基橙的方式比較各組催化活性。概述改進(jìn)設(shè)計(jì)

利用X一射線衍射(XRD)、紫外一可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)、比表面積測(cè)試、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等表征手段對(duì)部分產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究了TiO2晶體結(jié)構(gòu)、光吸收性能，比表面積等性能。同時(shí)計(jì)劃制備泡沫鎳負(fù)載型Cu摻雜TiO2作為正極，碳棒作為負(fù)極，以三價(jià)砷為目標(biāo)氧化物，進(jìn)行光電催化實(shí)驗(yàn)，并采用溶出伏安法測(cè)試離子濃度，驗(yàn)證催化劑的催化活性作為其應(yīng)用。概述改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程圖方案研究相變溫度研究不同金屬摻雜后吸收光譜主要藥品方案主要儀器方案溶膠凝膠法：該法制備過(guò)渡金屬摻雜納米Ti02主要以鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)為主要原料。Ti(OC4H9)4在水中的溶解度很小，且水解活性很大，通常采用醇作溶劑，酸作抑制劑。試驗(yàn)采用無(wú)水乙醇作溶劑，硝酸作抑制劑。反應(yīng)歷程表示如下:方案催化劑的制備及性能對(duì)比水解縮聚受水、催化劑、醇濃度等影響I、不同摻雜量的Cu-Ti02催化劑的制備II、不同焙燒溫度的Cu-Ti02催化劑的制備III、不同焙燒時(shí)間的Cu-Ti02催化劑的制備IV、選用步驟I的方法，以上面的最佳配比，焙燒溫度和時(shí)間，制得Fe-Ti02，Zn-Ti02催化劑，進(jìn)行活性實(shí)驗(yàn)對(duì)比V、制備S-Ti02二元，S-Cu-Ti02三元催化劑，并進(jìn)行活性實(shí)驗(yàn)。（在時(shí)間充裕的條件下可選作）VI、光催化電極的制備方案主要制備步驟

對(duì)Fe、Cu、Zn-TiO2系列催化劑進(jìn)行紫外吸光實(shí)驗(yàn)與TiO2的做對(duì)比，對(duì)在焙燒凝膠時(shí)使用一系列不同溫度制的的Cu-TiO2進(jìn)行XRD處理與TiO2的做對(duì)比，對(duì)由最佳條件合成的催化劑做XRD、TEM、SEM、UV、BET與TiO2的做對(duì)比。(l)x射線粉末衍射儀(X-rayDifractfon，XRD)(2)紫外一可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-vis)(3)比表面積測(cè)試（BET）(4)掃描電子顯微鏡觀察(SEM)(5)透射電子顯微鏡觀察(TEM)方案產(chǎn)品表征

將摻雜改性后的TiO2用于飲用水中三價(jià)砷的消除，對(duì)催化材料的光催化活性進(jìn)行進(jìn)一步研究。方案催化應(yīng)用1

摻雜過(guò)渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在紫外光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實(shí)使TiO2的電子-空穴的復(fù)合幾率降低。2摻雜過(guò)渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在可見(jiàn)光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實(shí)使TiO2的禁帶變窄。3同一金屬的摻雜，因摻雜含量的不同而催化能力大不相同，即存在最佳元素配比。4同一金屬的摻雜，因煅燒溫度的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒溫度。5同一金屬的摻雜，因煅燒時(shí)間的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒時(shí)間。預(yù)期結(jié)果6

同等條件下，Cu、Zn、Fe的摻雜催化效率明顯不同，即證實(shí)不同過(guò)渡金屬的摻雜對(duì)催化效率的影響很大。7摻雜非金屬后形成的金屬-非金屬-TiO2催化劑比單純非金屬-TiO2的催化能力成倍提高，即證實(shí)金屬-非金屬-TiO2復(fù)合體系中存在協(xié)同作用。（選作）8通過(guò)催化氧化，使飲用水中三價(jià)砷的含量大大降低，即證實(shí)該催化劑對(duì)解決水污染問(wèn)題確實(shí)有幫助。9

嘗試采用第一性原理計(jì)算方法，計(jì)算出摻雜TiO2的基態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)，從理論上探討摻雜對(duì)TiO2光催化活性的的影響。（選作）預(yù)期結(jié)果進(jìn)度安排[1]馬春蕾.二氧化鈦光催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].遼寧化工，2010，39(9)：968-971[2]王九思，張鵬會(huì).金屬和非金屬共摻雜TiO2催化劑光催化活性研究［J］.化工新型材料，2010，38(2)：79-81[3]易均輝，莫惠媚，易靈紅，白永慶.金屬離子摻雜改性TiO2的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].2011,40(8):35-38[4]WANGPing,XUYing.DevelopmentofNano-TiO2DopedbyMetalsandApplicationstoEnvironmentFriendlyMaterials［J］.ACTASCIENTIARUMNATURALIUMUNIVERSITATISSUNYATSENI,2007,46Sup:54-55[5]SANGYan,YOUJia-hui,GENGBao-you.StudyonthePhotocatalyticActivityofMetalIons-dopedTiO2Catalysts[J].JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience),2009,32(2):142-147[6]XIAOJun-xia,WEIChao-hai,HUJi-jie,WUChao-fei.AnInvestigationonPhotocatalyticActivitiesoftheFirstTransitionMetalIonsDopedTiO2Nanoparticles[J].NaturalScienceJournalofXiangtanUniversity,2008,30(1):73-78參考文獻(xiàn)及閱讀材料[7]鈕金芬,姚秉華，魏佳，余曉皎.Ag@AgCl等離子體負(fù)載TiO2光催化劑的制備及對(duì)氯霉素的降解研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（4）：451-455[8]董俊明,陳曉陽(yáng).GeO2改性TiO2催化超聲降解活性紅（M-3BE）染料廢水的應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（10）：2293-2297[9]張偉,彭紹琴,李越湘,呂功煊,李樹(shù)本.Rosebengal-Cu-TiO2的制備及可見(jiàn)光制氫活性研究［J］.功能材料，2007，3