CoO/CdS/TiO2的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

21世纪，随着绿色环保理念的深入以及煤炭等能源的短缺，寻找新的高效、清洁能源成为亟待解决的问题。目前，已开发的新能源主要有风能、水能、核能、太阳能等，其中太阳能是一种可再生的清洁能源，其总量很大，太阳每秒钟照射到地球的能量相当于500万吨煤，尽管这部分能量中的30%被大气层反射、23%被大气层吸收，但其余到达地球表面的功率也有8万亿千瓦，而且太阳能还具有其它能源所不可比拟的优点，被当今世界认为是化石类燃料的最佳替代者。与核能相比，太阳能更为安全；与水能、风能相比，太阳能的利用成本比较低，而且不受地理条件的限制。但是太阳能不能直接存储，也难以连续供应，因此当前对其的大规模利用还很困难。氢能作为一种高效、清洁、可再生和可运输的能源，越来越受到人们的热切关注，然而与此同时，由于技术等原因目前太阳能和氢能未能得到充分的开发利用，而光催化分解水制氢却能高效的利用这两种清洁、可再生能源。目前，光催化分解水制氢方法的研究已被国内外众多科学家认定为是长期的、高风险、高回报的研究课题，此课题的关键是研究开发高效的可见光响应的光催化剂。

TiO2光照不发生光腐蚀、无毒无害、化学性质稳定、催化活性高等优点而被广为利用并一直是科研工作者们研究的重点。但是，TiO2仅能对波长小于387nm的紫外光有响应，对太阳能的利用率低，并且其光生载流子易于复合，光催化效率较低。CdS是一种典型的窄禁带宽度（2.4eV）本征n型半导体材料，对可见光有很好的响应，但是CdS极易发生光腐蚀而使光催化活性降低。CoO是一种p型半导体，将其与n型半导体CdS复合，通过形成p-n复合半导体，使光催化反应时CdS表面产生的光生空穴得到有效转移，从而降低CdS的光腐蚀现象。采用p-n复合半导体来敏化TiO2，制备CoO/CdS/TiO2复合光催化剂可以拓宽TiO2的光吸收范围并提高电荷分离效率进而延长光催化剂的寿命提高光催化剂的光催化制氢活性。

2. 国内外研究现状分析

1972年，日本FUJISHIMA和HONDA在Nature杂志上报道，在光辐射的TiO2电极和金属铂电极组成的光电化学电池中，可持续发生水的氧化还原反应产生H2。这一发现意义重大，国内外研究者就半导体材料光催化等方面的问题展开深入研究。由于TiO2禁带较宽（3.2eV），仅有占太阳能4%~5%的紫外线能被利用，加上电子-空穴对的快速复合，以及氢和氧的逆反应，从太阳能到氢能的效率仅约1%。如何有效地提高可见光的利用，抑制逆反应和抑制电子-空穴对的复合是利用太阳能制氢的关键技术。目前，对TiO2的主要的改性方法有贵金属沉积法、金属离子掺杂法、非金属离子掺杂法、染料光敏化法、不同半导体复合法等。目前在光催化治理环境问题研究的带动下，特别是氢能源发展的要求，给TiO2可见光催化分解水制氢提供了更大的发展空间，因而成为研究的新热点。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.coo/cds/tio2复合半导体光催化剂的制备及工艺研究。

2.coo/cds/tio2复合半导体光催化剂的结构和光学性能表征。

4. 研究创新点

半导体光催化分解水制氢，已经成为能源科学技术领域国际竞争的焦点之一。从太阳能高效光催化分解水制氢的重大基础问题研究入手，利用无穷无尽的太阳光和地球上存在的丰富的水资源，研究开发具有可见光响应的高效光催化剂，提高量子产率以期向应用型规模发展，这无疑具有极其重要而深远的学术价值和社会价值。TiO2对太阳能的利用率低，并且其光生载流子易于复合，光催化效率较低。CdS是一种典型的窄禁带宽度（2.4eV）本征n型半导体材料，对可见光有很好的响应，但是CdS极易发生光腐蚀而使光催化活性降低。CoO是一种p型半导体，将其与n型半导体CdS复合，通过形成p-n复合半导体，使光催化反应时CdS表面产生的光生空穴得到有效转移，从而降低CdS的光腐蚀现象。采用p-n复合半导体来敏化TiO2，制备CoO/CdS/TiO2复合光催化剂可以拓宽TiO2的光吸收范围并提高电荷分离效率进而延长光催化剂的寿命提高光催化剂的光催化制氢活性。