介孔TiO磁性光催化剂的制备

1、项目编号：吉林大学“大学生创新性实验计划项目申请书项目名称介孔Ti 0厶磁性光催化剂地制备项目负责人陈雨宁学院、年级、专业 材料学院2008级材料物理联系电话指导教师姓名李晓天 职称教授填表日期 2018 年4 月28 日吉林大学教务处制表填表说明一、吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书要按顺序逐项填写.填写内容要实事求是，讲究诚信，不能有雷同；表达要明确、严谨. 空缺项要填“无”.要求一律用A4纸打印,于左侧装订成册.二、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目团队人数不 得超过5人1人为项目负责人，参与合作研究者4人以内）.三、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目地个人或团

2、队必须聘请教师作为项目指导教师，并请指导教师在申请书上签名.四、吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书由项目负责人所在学院初审，签署意见后报送教务处实习与实验教案科一式3份原件）.五、“项目编号”由教务处填写项目名称介孔Ti 02磁性光催化剂地制备申请经费10000元）起止时间2018年6月至2018年6月负责 人教案号姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail陈雨宁08级材料科学与项目学 院材料物理专业参加 成员王德超08级材料科学与项目学 院材料物理专业王留洋08级材料科学与项目学 院材料物理专业许森08级材料科学与项目学 院材料物理专业指导 教师姓名李晓天学院材料学院职称教授E-mail

3、联系电话签名一、项目申请理由 包括项目背景及自身具备地知识、素质、能力和已参加过地研究等条件） 项目背景：光催化技术是在 20世纪70年代诞生地基础纳M技术，典型地天然光催化剂就是我们常见地叶绿素,在植物地光合作用中促进空气中地二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物总地来说光催化技术是一种纳 M仿生技术，用于环境净化、自清洁材料、先进新能源、癌症医疗、高效率抗菌等多个 前沿领域能作为光催化剂地材料众多，包括二氧化钛（TiO2、氧化锌（ZnO、氧化锡（SnO2、二氧化锆（ZrO2、硫化镉（CdS等多种氧化物、硫化物半导体，其中二氧化钛（Titanium Dioxide因其来源丰富、光照后不发生光腐蚀

4、、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒和较宽地带隙能等特点成为世界上最 重要地光催化材料.二氧化钛地光催化原理为：当它在受到太阳光或荧光灯地紫外线地照射后，内部地电子就会发生激励.其结果，就产生了带负电地电子和带正电地空穴电子使空气或水中地氧还原，生成双氧水，而空穴则向氧化表面水分子地方向起作用，产生氢氧 羟）基原子团这些都是活性氧，有着强大地氧化分解能力，从而能够分解、清除附着在氧化钛表面地各种有机物TiO2催化剂地吸附和光催化性能虽然具有很大优越性，但在反应后 尤其是液相体系）分离回收困难地问题却一直没有有效解决因为TiO2催化剂地吸附和光催化性能在很大程度上取决于其比表面积地大小，TiO2颗粒

5、越小，比表面越大，吸附和光催化性能也越好，但也就造成了回收难地问题后来科学界提出，将TiO2包覆在不同地基体上，特别是磁性芯核上，形成地核壳结构复合纳M材料，在尽量不影响催化活性地前提下，利用磁方法解决回收问题于是带有纳 MFe3O4磁性核地介孔 TiO2复合光 催化剂，以其高比表面积、易于反应物接近地孔道结构以及优越地吸附性能，且在处理液相体系时远远优于其他TiO2光催化剂地回收率，成为了当前光催化学科研究地热点目前TiO2光催化剂已经在环境保护和卫生医疗等领域采取应用，并拥有广泛前景如将TiO2光催化剂应用在高楼大厦、高速公路两旁地隔音墙、街道路灯等装置上阳光紫外线）地照射就能够清除积落在

6、上面地尘埃和污染物质，如氧化氮、硫化物、氯化物等，不仅节省用以清扫地人力和财力，而且自然地净化了环境在医疗方面，日本东丽公司应用光催化剂开发地消臭纤维已然上市，可用来制作老人和医院用床单、枕套等各种物品，也能够制作食品包装薄膜但是，TiO2光催化剂仍局限在固相方面应用上，如能成功解决在液相体系中地回收问题，必将在工业合成提纯方面及环保水资源等方面产生巨大推动自身具备地知识、素质、能力和已参加过地研究：我小组由4名精明能干、对科学研究富有激情地同学组成，其中有一人获得08-09 学年国家奖学金，两人获得校一等奖学金组内多数成员已通过大学英语四级项目负责 人陈雨宁现任材料学院辅导员助理，08级班长

7、，09级副班主任，在08-09学年获得国家 奖学金及院优秀学生干部地荣誉称号，具有良好地专业基础及组织、协调能力 我们不 仅拥有扎实地理论基础 在高等数学、普通物理、原子物理、有机化学、无机化学、物 理化学等科目取得优异地成绩）而且经过化学、物理、电子线路等相关基础实验地训 练,具备一定地实验能力.我们小组思维活跃，善于团结合作并且拥有坚持不懈地品质，相信在李晓天教授地 指导下,可以取得满意地成果.二、项目研究内容 目前研究地现状、主要研究内容_,重点和难点及可能地创新点_,研究思路和方法 等）目前研究地现状二氧化钛具有来源丰富、光照后不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒和较宽地带隙能

8、等特点，因而在化学合成、太阳能利用和环境污染处理等方面有着广泛地用途，尤其是光催化方面地研究吸引了众多研究者地兴趣.TiO 2催化剂地吸附和光催化性能在很大程度上取决于其比表面积地大小非孔性TiO 2颗粒越小，比表面越大，吸附和光催化性能也越好，但是在处理液相体系时，TiO： 颗粒太小会导致反应后分离回收困难，这极大地阻碍了其工业应用介孔TiO2所具有地高比表面积、易于反应物接近地孔道结构以及优越地吸附性能等，使其具有非孔性 TiO2所没有地优异性能近年来高结晶度和大比表面积地TiO 2在光催化方面地应用已经越来越突出但因为合成地介孔TiO 2仍然是粉体材料，粒度小，反应后分离回收困难地问题仍

9、没有有效解决TiO 2包覆在不同地基体上，特别是磁性芯核上，形成地核壳结构复合纳M材料有望彻底解决项目上分离回收难题可以利用材料所具有地磁性，在外加磁场下很容易实现分离但是因为在TiO2和铁地氧化物之间存在晶格失配缺陷，导致电子-空穴再复合地机会增加，激子淬灭比率增加，材料地光催化活 性减弱为了保持磁性复合物光催化剂地光催化活性，可以在磁性粒子上进行包覆处理但是该方面地工作目前主要采用地是非孔性TiO 2，介孔TiO2与磁性芯核形成地核壳结构复合纳M材料尚未见报道鉴于介孔TiO2地优异性能，所形成地复合材料较非孔性TiO2在光催化方面将有突破性提高，值得研究介孔TiO2地合成方法包括采用各种模

10、板剂和结构导向剂，例如磷酸盐、有机胺、嵌段共聚物、非离子表面活性剂和其它模板剂等地模板合成法和非模板法所选用地表面活性剂包括阴离子型表面活性剂 如烷基磷酸盐、羧酸盐）、非离子表面活性剂如有机胺、嵌段共聚物）、阳离子表面活性剂等介孔TiO 2地光催化活性远高于纳MTiO 2,但是并没有解决催化剂回收困难地问题而带有纳MFe3O4磁性核地纳 MTiO 2复合物虽然能实现磁回收，但是材料地光催化效率较介孔TiO?要低很多带有纳MFe3O4磁性核地介孔TiO2复合光催化剂地合成，理论上可以解决以上问题之所以要选用Fe3O4作为磁性核，是因为Fe3O4具有顺磁性又绿色环保，不会带来二次污染经过科研人员地

11、努力，纳 MFe3O4和介孔TiO2地合成已经克服技术瓶颈，将二者复合技术上是可行地，意义重大主要研究内容制备高质量Fe3O4纳M球,开展纳MFe3O4包覆,包覆材料选用SiO2,形成纳MFe3O4C地复合材料；以目标产物为核，开展介孔TiO 2包覆研究重点和难点及可能地创新点异质匹配是要解决地重点和难点问题首先，FQO4芯核与C等过渡层物质形成良好地异质匹配 ，减少缺陷；其次，介孔TiO2与C等过渡层物质也要形成良好地异质匹配 ，减少缺陷把Fe3O4对介孔 TiO 2光催化活性地影响减小到最低程度可能地创新点在于:因为FQ04芯核地存在可进行磁回收,解决光催化剂回收难题；介孔TiO2较 非孔

12、TiO 2光催化性能更好，可以显著提高所合成催化剂地光催化效率研究思路和方法首先合成高分散Fe3O4纳M球 < 制备技术已经非常成熟，已经有大量文献报道），然后选取C材 料进行Fe3O4包覆.C地包覆多以蔗糖为前驱体碳源，真空或惰性气体保护下热分解形成C包覆层因为要求C包覆层要薄，需要控制蔗糖用量以及分解温度与速度，并增加退火再晶化步骤最后进行介孔TiO2包覆,优选合适地制备方法，实现介孔TiO2与C等过渡层物质异质匹配，形成最终目标材料选择 合成方法地原则首先是能在相对温和地条件下实现介孔TiO 2地合成，在此基础上要保证不对芯核造成太大损害，保持其结构完整有关方法：本研究课题地研究方

13、法包括溶胶-凝胶法、模板合成法、溶剂挥发法、水热和溶 剂热合成法、超声波辅助法、微波消解法、程序控温、退火及热处理等实验手段：包括称量、加热、搅拌、浸渍、水热、退火、灼烧、腐蚀、离心以及各种材料表征和光催化实验等手段注：此栏可附页三、项目进度安排 <查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统 计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广 等）此项目拟用一年时间完成，大体安排如下：2018 年 6-8 月：熟悉老师课题组环境与实验条件，学习查阅并整理文献，并进行认真总结向老师以及课题组地师 兄、师姐们学习实验技巧与经验，尽快学会

14、如何进行研究工作 2018 年 8-9 月：在指导老师地指导下，在课题组前期工作基础上，筛选出适合应用于我们所设计材料地最佳方法，自主完成实验设计并开始具体实验探索2018 年 9-2018 年 5 月：运用计划地方案做实验，在实验过程中仔细、及时记录实验过程、现象、试剂药品等，表征实验获得地材料，分析实验结果，并发表相关研究成果2018 年 5-6 月：填写结题表、撰写实验论文和总结报告，项目验收，参加结题答辩，撰写科研论文*注：在实验过程中，定期向老师和领导汇报实验进度 四、拟利用资源 < 实验室、仪器设备、实验材料、资料等） 实验室指导教师李晓天教授课题组所有地实验室可以自由使用仪

15、器设备、实验材料、资料等要完成此课题，制备和表征手段是必要地制备方面：李晓天教授课题组基本地仪器设备，包括磁力搅拌器、旋转蒸发仪、高压反应釜、管式炉、马福炉、真空烘箱、超声波发生器、微波炉、离心仪、吸滤设备、旋转涂膜机等，都已经齐全；课题组还有一些比较贵重地制备设备，如高真空 CVD设备两套、进口手套箱一套、电化学沉积反应装置二套等表征手段：SEM、TEM、EDX、吸附仪、XRD等是最重要地表征手段李晓天教授课题组所依 托单位吉林大学材料学院以及无机合成与制备化学国家重点实验室有日本进口地JEOL JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜 <SEM ）和JEM-2018F型透射电子显微镜

16、<TEM ），配有EDX系统，由德国 留学归来地专门从事电镜工作地李吉学教授指导学生进行工作设备已经调试完毕，正平稳运行固体NMR、CCD单晶分析仪、HREM、CHN、多功能吸附仪、差热热重仪、ICP元素分析仪、红外光谱仪、XPS、磁性分析、真空吸附天平、ESR、荧光分析仪、XRD、紫外可见和工作站及软件等仪器设备地使用已经落实，可以有选择地加以利用催化性能地研究与吉林大学化学院从事催化性能研究地王润伟副教授合作进行，该研究室已经建立起几个光催化降解反应模型，研究方法已经成型我们负责提供催化剂，并参与催化工艺地研究东北师范大学物理学院光电技术研究所刘益春教授、邵长路教授组有完善地激光光谱

17、测试手段 李晓天教授课题组常年与之合作 以上资源我们可以有选择地加以利用五、项目经费预算与用途 购置实验消耗材料 低值品）、资料、加工测试、打字复印、调研、 市内公交、论文版面费、专利申请费等经费开支）项目经费预算与用途科目申请金额（单位：元备注实验材料5000实验用各种金属盐、有机模板剂、药品、试剂 以及硅源、碳源等耗材地购置测试与分析3000用于样品 TEM、SEM、EDX、XRD等表征及 性能测试资料费300购买书籍、文献查询等打印费200打印文献、资料数据等调研费300相关领域地调查文章投递费200发表文章时用于投递版面费900发表文章所需地版面费交通费100用于到较远工作地点地车费合

18、计10000六、项目预期成果 研究论文、设计、调研报告、申请专利、开发软件、研制产品、项目鉴定 等）成果以论文形式在被SCI、El收录地刊物或核心刊物上发表，提供实物样品及材料 合成参数，另外,若可能还将在适当机会在国内学术会议上报告研究成果与进展结题时提交研究报告七、项目诚信承诺本项目负责人和全体成员郑重承诺 ，该项目研究不抄袭他人成果 ，不弄虚作假，按项目研究进度 保质保量完成各项研究任务 项目负责人签名：项目组成员签名：年 月 日年 月 日八、指导教师意见 从项目科学性、前沿性、可行性、研究性、可操作性和成效性加以评价）本课题所涉及地几种材料，包括高分散Fe3O4纳M球、介孔TiO2、碳等地制备技术 已经非常成熟,Fe3O4纳M球包覆C,再包覆非孔性TiO2地工作都已经有报