半导体氧化物光催化材料的晶面调控开题报告

1. 研究目的与意义

当今社会随着经济迅速发展，能源紧缺的问题逐渐严重。尤其是近年来石油价格连涨和煤电供应日益紧张，使得常规化石能源难以完全满足经济发展需要。所以，开发清洁无污染且可持续使用的新能源对能源安全和生态环境的保障具有十分重要的意义。半导体光催化材料因其独特的物理化学性能，已经在光催化分解水产氢领域得到应用。金属氧化物半导体包括tio₂、zno、wo₃、cu₂o 和fe₂o₃ 等。

近年来二氧化钛作为半导体光催化材料的代表，tio₂ 以其化学和光学性质稳定、无毒、易制备、耐热、易调变物性、价格低廉、无害、可调整微观形貌和耐腐蚀等优势被广泛地应用。该材料仍然存在着一些缺陷，如受到带隙的限制，禁带宽度约3.2ev，其光响应范围太窄（太阳光利用率不足5%），量子效率低（不到10%），严重限制了其在环保和能源领域的大规模实际应用。氧化铈中铈离子极易吸收光子从三价变为四价，而四价的铈离子在光激发下不仅能有效抑制电子空穴对的简单复合，改善光催化效率，还可能使光吸收波长红移至可见光区，增加对太阳能的有效利用。ce(no₃)₃的热力学最稳定晶面是{111}面，其次是{100}和{110}面，其中{111}面最稳定。通过晶面调控实现高活性晶面{001}面和{110}面的暴露比，制备出具有高活性暴露面的半导体光催化材料可以大大提高材料的光催化效率。

（1）通过简单的溶剂热法制备具有高活性面的二氧化铈材料.

2. 研究内容和预期目标

研究内容：查阅金属氧化物活性面暴露和二氧化铈纳米材料制备的文献，根据文献制定合成暴露高活性面二氧化铈的制备方法和反应条件。通过对反应物和添加剂选择和对反应温度、时间、压力等进行控制合成制备得到产物，再通过对材料进行一系列测试得到二氧化铈材料的晶面暴露比，并对材料进行光催化活性测试。最后通过对所得到的数据进行分析并得出结论。

预期目标：了解晶面调控的制备方法和调控过程，制备出暴露高活性面的二氧化铈纳米材料并具有较好的光催化性能。

3. 研究的方法与步骤

（1）通过水热或溶剂热法合成制备二氧化铈纳米材料前驱体；

（2）在不同的温度和时间对前驱体煅烧得到一系列不同的二氧化铈纳米材料；并对材料进行选区衍射，并对相关晶环标定后，加以暗场测试晶面暴露情况；

（3）对材料进行xrd、sem、拉曼等表征；对材料的光催化性能测试。

4. 参考文献

[1]住忠斌，崔育倩，等。二氧化铈八面体的水热合成与表征[j]。无机化学学报，2011，27（7）：1399-1404。

[2]薛岳，张新胜。ceo₂ 纳米杆的制备与表征[j]。南华大学学报，2015，29（2）：63-66。

[3]栾宝平，余锡宾，等。不同形貌的ceo₂的水热法制备及表征[j]。上海师范大学学报，2011，40（2）：157-162。

5. 计划与进度安排

1、2022-12-19～2022-2-12，收集及查阅资料，掌握本课题的国内外研究现状、存在的问题；确定研究路线和实验方案。完成课题开题报告。

2、2022-2-13～2022-4-15，熟悉二氧化铈纳米材料的制备方法、合成二氧化铈纳米材料。

3、2022-4-16～2022-5-10，对二氧化铈半导体材料进行表征、研究晶体结构及其暴露活性面。