开题报告 - 副本

掺杂改性纳米TiO2的水热制备及对有机废水的光降解研究

报告人：---指导老师：-----（--=）----年0-月--日--级研究生开题报告报告内容选题背景和意义1国内外研究状况及发展趋势2研究内容、方法及创新点3研究进度及安排4参考文献52一、选题的背景和意义随着工业生产的迅速发展，我们人类的生存环境日益恶化。解决当前日益严重的环境污染问题是我国实现可持续发展和提高人民生活质量的重要前提。进入21世纪以来，纳米技术获得了高速发展，其中纳米光催化技术作为一种可以直接利用太阳光的理想环境污染治理技术，受到了人们的普遍关注。3一、选题的背景和意义TiO2UVLight氧化反应价带导带电子空穴能隙还原反应H2O→OH‧O2→O2‧纳米TiO2光催化剂是一种具有高稳定性，优介电性和光催化性的半导体材料，且价廉无毒，是当前最具应用潜力的一种光催化剂。二氧化钛光催化原理4降解有机污染物(环境)TiO2特性光诱导超亲水性(自清洁)光解水制氢(能源)一、选题的背景和意义5一、选题的背景和意义溶胶-凝胶法水解法沉淀法水热法喷雾法粒子纯度高分散性好晶形好且可控制生产成本低工艺简单TiO2常用的化学制备方法：水热法是利用高温高压的水溶液使大气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。6一、选题的背景和意义离子掺杂复合半导体染料光敏化离子掺杂在晶格中引入新电荷，形成缺陷或改变晶格类型，或者改变TiO2的能带结构，导致光催化活性的改变。复合半导体有利于不同能级之间光生载流子的输送和分离，提高了电荷分离效果，扩展其光谱响应范围，使吸收波长红移，提高太阳光的利用率。二氧化钛的改性贵金属沉积7具光催化性，稳定无毒提高光催化活性节能环保高纯分散，有可控性TiO2掺杂光降解水热法用水热法一步合成具有可控性的高纯环保型高活性光催化剂无疑是纳米材料研究领域的一项重要成果。一、选题的背景和意义选题意义：有利于人们更加透彻的了解和认识二氧化钛光催化剂的特性；为纳米二氧化钛光催化剂的合成研究方向提供新的制备途径；使二氧化钛在实际环境保护应用中存在的问题得到解决；为建立可持续发展、环境友好型、能源节约型社会作出贡献。8二、国内外研究状况及发展趋势光催化技术在消除环境污染物方面的首创性工作开创光催化研究的新纪元用光催化剂处理污水拉开了序幕光催化的研究已相当活跃19721976197790年代

A.Fujishima和K.Honda首先报导了在光照射下TiO2电极可发生光分解水并产生H2的现象。

Carey发现在紫外光照射下水中的有机污染物联苯和氧化联苯能够被光催化氧化分解。

S.N.Frank和A.J.Barden首次报道了用氙灯作光源，用多种催化剂对CN-和SO32-进行光解的研究，发现TiO2，ZnO，CdS，Fe2O3能有效催化CN-和SO32-。各国学者和科学家们纷纷投入光催化的研究，并取得很多研究成果。半导体光催化发展历程9二、国内外研究状况及发展趋势今天研制具有高量子效率,且能被占太阳光能量中42%左右的可见光激发的TiO2光催化材料已成为国内外的研究热点。世界各国的学者对光催化材料进行了表面修饰、掺杂（金属离子掺杂，非金属离子掺杂，共掺杂等）、复合（半导体-半导体复合，半导体-绝缘体复合）等研究工作,取得了较大进展。10二、国内外研究状况及发展趋势另一方面，近年来各种具有特殊结构和形貌的纳米材料引起了国内外广泛关注,其中之一是空心微球型纳米结构材料。其具有低密度、高比表面的特性,且空心部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的客体,产生一些奇特的基于微观“包裹”效应的性质,使之在医药、生化和化工等诸多领域都有重要作用。11二、国内外研究状况及发展趋势此外，磁分离技术应用于悬浮光催化体系可以有效的解决固液分离这一难题，回收及回收后的再生十分方便简单，因此也有较好的应用前景，实现工业化的可能性也更大，而逐渐被越来越多学者关注。12约4%，最高不超过10%，难以处理量大且浓度高的工业废气和废水。只能吸收利用太阳光中的紫外线部分，不能充分利用太阳光的可见光部分。难在不同材料表面均匀，牢固负载，又保持高催化活性，不易分离再生。太阳能利用率低光催化的负载技术量子产率低二、国内外研究状况及发展趋势半导体光催化的几个关键科技难题总之，通过TiO2的改性更有效地利用太阳光,降低光生载流子的复合机率,以及如何改善催化剂易失活、难回收等问题,将仍是今后的研究趋势。13三、研究内容、方法及创新点

水热制备Ni掺杂的纳米TiO2光催化剂SnO2/TiO2复合体空心球的水热制备磁性Fe3O4/TiO2空心球的水热制备针对国内外的研究现状，本课题的研究内容确定如下：以FeCl3·6H2O和六氟钛酸铵为前驱体，在水热条件下制备出易分离回收的磁性Fe3O4/TiO2空心球粉体，并对其对形貌、晶相及光催化活性进行研究。以TBOT为钛源，水热制备过渡金属Ni离子掺杂的二氧化钛光催化剂，研究不同离子掺杂浓度对其晶相、形貌、表面积、孔体积及其光催化活性的影响。水热法制备SnO2/TiO2复合体空心结构，研究掺杂浓度以及煅烧温度对空心结构的形貌、晶相及光催化活性的影响。14三、研究内容、方法及创新点

样品表面形貌晶粒尺寸、晶相紫外-可见区吸收特性样品的表面元素成分SEM，FESEMTEM，XRDUV-visXPS主要研究方法（表征手段）：15三、研究内容、方法及创新点

自主工艺水热合成Ni掺杂的纳米TiO2催化剂，并研究了掺杂浓度对晶型的影响。通过对催化剂的改性使其激发光波长范围移至可见光区域，以充分利用太阳能。制备磁性高催化活性空心球半导体材料，低密度高活性的空心球结构新型光催化剂更适于液相有机污染物的降解的应用，并为催化剂分离回收开辟新的途径。新的水热工艺制备了纳米SnO2/TiO2复合半导体空心球，通过纳米结构调控和晶相结构调控，实现具有高吸光性能，高载流子形成效率以及具有高效电荷分离与迁移性能的新型光催化材料。创新点16四、研究进度及安排

174.1第一实验体系第一体系：Ni掺杂高活性纳米TiO2光催化剂的水热制备。184.2第二、第三实验体系第二体系：SnO2/TiO2复合体空心球的水热制备。第三体系：拟以FeCl3·6H2O和六氟钛酸铵为前驱体，在水热条件下制备出易分离回收的磁性Fe3O4/TiO2空心球粉体。

19五、参考文献专著：1.张立德，牟季美：纳米材料和纳米结构，2002，科学出版社.2.吴越：催化化学，1998，科学出版社.3.沈钟，王果庭：胶体与表面化学，1997，化学工业出版社.4.高正中：实用催化，1996，化学工业出版社.5.高濂，郑珊，张青红：纳米氧化钛光催化材料及应用，2002，化学工业出版社.6.刘守新，刘鸿：光催化及光电催化基础与应用，2005，化学工业出版社.期刊：1.吴凤清，阮圣平，李晓平．纳米Ti0的制备、表征及光催化性能的研究[J]．功能材料，2001，32(1)：69-71．2.裴爱华，杨桂生，沈征武，模板法制备无机氧化物中空微球的研究进展[J]，高分子通报，2005，2，1-7.3.梅长松，钟顺和.复合半导体负载金属材料光催化性能研究[J].无机化学学报，2005，21(12):1809一191.4.王艳芹，张莉，程虎民．掺入过渡金属离子的Ti0复合纳米粒子光催化剂一罗丹明B的光催化降解[J]．高等学校化学学报，2000，21(6)：958-960．5.张万忠,乔学亮,邱小林等.纳米二氧化钛的光催化机理及其在有机废水处理中的应用[J].人工晶体学报,2006,35(5):1026-1030.6.方世杰，徐明霞，黄卫友.纳米TiO2光催化降解甲基橙[J].硅酸盐学报，2001,29(8)：439-442.20五、参考文献7.FujishimaA,RaoTN,TrykDA.Titaniumdioxidephotoctalysis[J].JPhotochemPhotobiolC-PhotochemRev,2000,1(1):1-21.8.CarpO,HuismanCL,RellerA.Photoinducedreactivityoftitaniumdioxide[J].ProgSolidStateChem,2004,32(1-2):33-177.9.TraceySM,HodgsonSNB,RayAK.Sol-GelderivedTiO2/Leadphthalocyaninephotovoltaiccells[J].JournalofSol-GelScienceandTechnology,1998,13:219.10.MalatoRS,BlancoGJ,ManuelIMR.TreatmentofchlorinatedsolventsbyTiO2photocatalysisandphoto-Fenton:Influenceofoperatingconditionsinasolarpilotplant[J].Chemosphere,2005,58:391-398.11.DavidF,Ollis.Photocatalyticpurificationandremediationofcontaminatedairandwater[J].SurfaceChemistryandCatalytics,2000,3(6):405-411.12.CelikE,YildizAY,AkAzemNF,etal.PreparationandcharacterizationofFe2O3-TiO2thinfilmsonglasssubstrateforphotocata-lyticapplications[J].MaterSciEngB,2006,129:193-199.13.KimS,HwangSJ,ChoiW.Visiblelightactiveplatinum-ion-dopedTiO2photocatalyst[J].J.Phys.Chem.B,2005,109:24260-24267.14.MohamedMM.Effectofceria-dopedtitaniaonthestructureandacidicpropertiesofMoO3/TiO2catalysts[J].ApplCatalA:General,2004,267:135-142.15.J.G.Yu,W.LiuandH.G.Yu,AOne-PotApproachtoHierarchicallyNanoporousTitaniaHollowMicrosphereswithHighPhotocatalyticActivity[J],CrystalGrowthandDesign,2008,3(8):930-934.21五、参考文献16.Y.W.Zhang,J.Zhang,P.Q.Wang,etal.,AnataseTiO2hollowspheresembeddedTiO2nanocrystallinephotoanodefordye-sensitizedsolarcells[J],MaterialsChemistryandPhysics123(2010)595–600.17.J.Li,H.C.Zeng,HollowingSn-DopedTiO2NanospheresviaOstwaldRipening[J],J.AM.CHEM.SOC.2007,129,15839-15847.18.G.H.Wang,HydrothermalsynthesisandphotocatalyticactivityofnanocrystallineTiO2powdersinethanol–watermixedsolutions[J],JournalofMolecularCatalysisA:Chemical2007,274:185–191.19.D.J.Yang,H.W.Liu,J.C.Zhao,etal.,AnEfficientPhotocatalystStructure:TiO2(B)NanofiberswithaShellofAnataseNanocrystals[J],JournaloftheAmericanChemicalSociety,2009,131,17885–17893.20.L.G.Devi,B.N.Murthy,S.G.Kumar,PhotocatalyticactivityofV5+,Mo6+andTh4+dopedpolycrystallineTiO2forthedegradationofchlorpyrifosunderUV/solarlight[J],JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2009,308:174-181.21.L.Z.Wang,F.Q.Tang,KiyoshiOzawa,etal.,AGeneralSingle-SourceRouteforthePreparationofHollowNanoporousMetalOx