氮杂石墨烯-氧化铈光催化剂的制备及光催化还原二氧化碳开题报告

1. 研究目的与意义

石墨烯是一种新型碳材料,其组成可控、易官能化,石墨烯的表面积较大且表面利用效率高,具有良好的耐酸碱和耐高温等特性；与此同时,通过改变石墨烯的组成还可以有效调控其在不同介质中的分散特性。因此,相比于传统的活性炭和碳纳米管,石墨烯有望成为一种新的、高效的催化剂载体。近年来光催化还原二氧化碳，作为自然碳源生产有机化合物成为研究的热点。利用光催化还原CO₂是CO₂转化利用的一条较好途径。目前，有人研究采用光催化反应将CO₂和丙烷、丙烯、甲醇等合成各种碳氢化合物，但更多的是对光催化CO₂和H₂O生成甲烷、甲醇、甲酸等的研究。石墨烯与稀土氧化物的杂化材料是近年来光催化还原二氧化碳的研究热门。石墨烯掺杂氮原子可以在其表面诱导形成高的局域电荷/自旋密度而提高其化学活性。同时，石墨烯中的氮原子可以抑制其再石墨化、增强活性组分与载体之间的相互作用、改善其分散性。氮杂石墨烯-氧化铈杂化材料是一种复合光催化剂，具有光催化能力，可应用于二氧化碳的光催化还原。本研究是通过氮杂石墨烯与二氧化铈的复合，制备对可见光有响应的新型光催化剂，实现对二氧化碳的光催化还原。

2. 研究内容和预期目标

具体研究内容如下：1）查阅氮杂石墨烯和氧化铈的制备方法。2）参照文献的方法制备氮掺杂石墨烯-氧化铈催化剂。3）用光谱学方法（紫外-可见光谱、红外光谱）进行表征。4）研究复合催化剂对碳酸氢钠的光催化还原能力。5）研究催化剂的组成对催化反应的影响。6）整理实验数据。

预期目标：1）成功的制备氮掺杂石墨烯-氧化铈催化剂。2）学会使用光谱学方法对所制作物质进行的表征。3）通过实验分析出不同组分的催化剂对光催化性能的影响。4) 对实验数据进行分析，并得出复合催化剂对碳酸氢钠的光催化还原能力。

3. 研究的方法与步骤

研究的方法：1）前期准备：收集相关资料，查阅中外文献、请教老师和同学讨论。学习、掌握氮杂石墨烯氧化铈复合催化剂的制备与其光催化还原二氧化碳的方法。2）针对性地改变合成过程中的氮，氧化石墨，氧化铈等参数，比较不同比例合成的催化剂对还原碳酸氢钠的催化效果的影响。3）通过比较最终得到最佳配比合成的催化剂。

步骤：1）制备氧化石墨，通过尿素法制得氮掺杂石墨烯。2）通过一步水热法合成氮杂石墨烯氧化铈复合催化剂。3) 将合成的催化剂在可见光的条件下催化还原碳酸氢钠。4）数据分析，处理

4. 参考文献

[1]. Somnath C R, Oomman K V, Maggie P, et al. Toward Solar Fuels: Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide to Hydrocarbons. American Chemical Society, 2010, 4(3～4):1257～1278.[2].Hirano K, Inoue K, Yatsu T. Photocatalysed reduction of CO2 in aqueous TiO2 suspension mixed with copper powder. Journal of Photochemistry and Photobiology, A: Chemistry, 1992, 64(2):255-258.[3] Adachi K, Ohta K, Mizuno T. Photocatalytic reduction of carbon dioxide to hydrocarbon using copper-loaded titanium dioxide . Solar Energy, 1994, 53 (2):187-190.[4]. Primo A, Marino T, Corma A, Molinari R, Garca H. Efficient visible-light photocatalytic water splitting by minute amounts of gold supported on nanoparticulate CeO2 obtained by a biopolymer templating method. Journal of American Chemistry Society, 2011, 133: 6930-6933.[5]. Lu X H, Zheng D Z, Zhang P, Liang C L, Liu P, Tong Y X. Facile synthesis of free-standing CeO2 nanorods for photoelectrochemical application. Chemistry Communication, 2010, 46: 7721-7723.

5. 计划与进度安排

1，2022-02-26～2022-03-20 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。2，2022-03-21～2022-04-14 熟悉光催化剂研究的发展，掌握基本实验操作，并开始实验。3，2022-04-15～2022-04-20总结前期工作，完成中期汇报。4，2022-04-21～2022-05-06改善实验方案，优化实验。5，2022-06-01～2022-06-10 毕业论文的撰写6, 2022-06-13～2022-06-17 毕业答辩