离子液体辅助制备二氧化钛过程中的循环利用开题报告

全文总字数：4686字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着空气净化、水消毒与净化、有害废物处理等环境应用领域的不断发展，人们在具有高活性的多相光催化剂这一有着优秀前景的领域投入了大量精力^[1-4]。在众多的氧化物半导体光催化剂中，二氧化钛凭借着其优秀的生物和化学惰性、强氧化能力、成本效益以及长期抗光腐蚀和化学腐蚀的稳定性，被证明是最适合广泛应用于环境的光催化剂。但是，由于二氧化钛的禁带宽度较宽，所以它在可见光区的利用率受到限制，同时其光生电子与空穴的复合率高也限制了它的光催化效率^[5-6]。因此，找到合适的方法制备出高性能的二氧化钛是目前国内外的研究重点。

由于二氧化钛的光催化活性很大程度上取决于光生电子与空穴的复合率，而氧空位缺陷和ti³ 自掺杂可以解决这一问题，因此国内外学者就如何改善二氧化钛这一现状进行了研究。例如，choi等^[7]人对21种金属离子在量子（q）尺寸tio₂中的掺杂进行了系统的研究。结果发现，fe³ 、mo ⁵ 、ru ³ 、os³ 、re⁵ 、v ⁴ 、rh³ 掺杂量在0.1-0.5%（at. %）时均显著提高了氧化还原的光活性，而co³ 和al³ 掺杂降低了四氯化碳还原和氯仿氧化的光活性。wang等^[8]人通过在管式炉中煅烧处理合成富含氧空位的ti³ 自掺杂二氧化钛纳米粒子。它在可见光的照射下也表现出较高的光催化活性。但是这种方法条件要求高，成本大，合成产物不稳定。olaniyan ibukun等^[9]人采用水热法制备了掺氮二氧化钛，并用空气等离子体对其进行了改性。经过等离子体处理后，光催化活性由0.009提高到0.031 min^-1。结果表明，氮掺杂和常压等离子体处理提高了tio₂的光催化活性。目前通过非金属阴离子掺杂来提高二氧化钛的光催化降解能力也是一项研究热点。其中f^-掺杂因为其对高能面比例具有一定的调控作用而受到广泛关注。hattori等^[10]人发现，通过掺杂f^-离子，tio₂粉末或薄膜的光催化活性显著增强，其光活性增强机制与f^-离子诱导的锐钛矿结晶度增加有关。王云等^[11]人报道了氢氟酸对锐钛矿型二氧化钛有选择性蚀刻，表现为低浓度下稳定二氧化钛高能面，高浓度下破坏二氧化钛高能面。这也进一步表明含氟前驱体做表面调控剂，可以增加二氧化钛高能面的暴露比，使其在光激发时产生更多的光生电子和空穴，从而增强二氧化钛光催化活性。但是hf是一种具有高腐蚀性、剧毒、对环境有一定污染的试剂，这与我们理想中环境保护的理念相违背，因此我们采用了一种绿色的有机溶剂-含氟离子液体来代替hf。

含氟离子液体是一类完全由离子组成的非常规熔融盐，这种熔融盐在100摄氏度下呈液态，可用作无机材料以及溶剂的模板和前驱体。由于熔融盐具有较低的氧分压,使得吸附在二氧化钛表面上的有机物在高温煅烧分解过程中消耗了二氧化钛晶格中的氧，产生了高浓度的氧空位缺陷^[12]。这使由离子液体制备出的二氧化钛产物表现出优良的光催化活性。与此同时，离子液体还具有许多优势，它的蒸气压小，不易燃，稳定性好，热容大，导电性好具有可设计性^[13]。这些优势对无机材料的合成有很大的帮助，而且可以忽略的蒸气压极大地减少了有毒物质的挥发，从而有效地促进了环保事业的发展。所以，通过离子液体辅助制备二氧化钛成为了一个有着优秀发展前景的研究方向。xu等^[14]人利用含氟离子液体作为封端剂合成具有{100}和{001}面高暴露比的锐钛矿二氧化钛，比p25和合成过程未添加含氟离子液体制备的二氧化钛表现出了更高的co₂光催化还原效率。yang等^[15]人用离子液体辅助制备的具有{100}高暴露比的锐钛矿二氧化钛作为钠离子电池的阳极材料，在充放电实验中表现出了优异的速率和循环稳定性，主要是因为{100}面的暴露有利于钠的附着。但是离子液体的应用也存在局限性，那就是它的价格昂贵，会导致合成的二氧化钛经济效益低，因此，提高离子液体的利用率以降低其生产成本成为我们的研究重点。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

（1）文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题的选取意义，并完成开题报告;

（2）以1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸酸盐为模板剂制备二氧化钛产物并通过离心等手段获得回收离子液体，以回收离子液体为模板剂制备二氧化钛产物。两者形成对照试验;

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅不少于15篇相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照设计方案进行准备实验，探索纳米二氧化钛材料的设计合成及离子液体的循环利用。

第8-11周：采用xrd、sem、bet及光催化产氢6a系统等进行形貌结构与性能的表征。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 王香爱,徐浩龙.纳米二氧化钛在水处理中的研究进展[j].化工科技,2012,20(02):53-57.

2. 景慧,路红霞,张玲玲等.5nm二氧化钛净化室内空气污染物甲醛的应用研究[j].内蒙古科技与经济,2018(22):60-62.

3. 殷榕灿,崔玉民,苗慧等.tio₂光催化降解有机染料反应机理[j].水处理技术,2020,46(03):11-15.

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