二维材料的制备及其对光催化性能影响的研究开题报告

全文总字数：7937字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近些年来，随着科学技术不断地进步，人们生活水平也不断地提高。与之而来的便是环境污染日益严重，而光催化的发展能够有效解决环境污染问题。光催化降解污染物是吸收光能，通过氧化还原反应使污染物得到了降解。光催化技术作为一种环境友好型技术，在光照条件下，能将空气、水体中的有机污染物彻底分解成h₂o、co₂等小分子，并且无二次污染。光催化技术还可用于生产清洁能源，如产氢、产氧、co₂还原等领域，它具备活性高、稳定性强、成本低等优点。因此，光催化技术的发展受到了极大的关注．但单一光催化剂的光生电子-空穴复合率高，影响光催化活性。采用助催化剂能够有效提高载流子分离效率，由于半导体光生载流子重组时间较短，导致光催化反应活性较低，人们便在寻找各种各样的助催化剂来缩短调节反应时间，但是pt、au等贵金属由于其价格昂贵和资源稀缺限制了其应用，所以开发出廉价、高效的非贵金属助催化剂是提高光催化活性的有效策略。二维材料具有较高的电子迁移率可以作为一种优秀助催化剂的候选人。二维材料通过与半导体材料的复合提高光生电子空穴对的分离效率和调节光催化剂的带隙来提高有机物降解能力。特别是中的mxene具有良好的电子传导性、结构稳定性以及较大的比表面积，可作为助催化剂提升光催化性能．目前，mxene已经被用于光催化降解环境污染物、产氢、co₂还原等方面的研究。

二维材料的概念始于2004年单原子层石墨烯通过胶带被成功从石墨中分离出来,并由此开辟了新型材料研究领域的篇章。二维材料是指电子只可以在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动的材料,拥有独特的物理、化学、电学、光学特性,日渐成为国内外学者的研究热点。

二维材料层内由强化学键连接,层与层之间以弱范德华力相耦合,可被剥离成为单层或者多层原子层厚的薄片材料。相比于传统材料,二维材料独特性质包括:(1)超高的机械强度。二维材料抗断裂性强,韧性好,易延展但不易断裂。(2)较好的电学性质。迄今为止已发现几十种电学相关性质各异的二维材料,涵盖了金属、半导体、绝缘体等不同的属性,可满足不同的应用。(3)较高的可加工性。二维材料可通过微加工的方法制备出各种复杂结构的材料,以达到可预期的特性。(4)结构的各向异性。由于层内强化学键的连接,二维材料表面结构呈现各向异性,如光谱吸收、导电率各向异性等。随着研究的深入,各类二维材料不断被分离出来。按照结构性质的不同,主要被分为五大类:一是单原子层单质二维材料,如石墨烯;二是过渡金属硫属化合物,如二硫化钼(mos₂);三是过渡金属碳化物和氮化物,如二碳化三钛(ti₃c₂)等;四是有机二维材料,如金属有机框架二维材料(mof_s)等;五是具有一些其他结构的二维材料,如石墨烯合成的氧化石墨烯、氧化物二维材料等。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容

基本内容：采用溶剂热法制备ti₃c₂/biobr二维材料并测试其光催化性能。

材料表征：对ti₃c₂/biobr二维复合材料进行结构表征和光催化活性测试，利用sem，tem，xrd，紫外可见分光光度计，气相色谱仪等测试技术对材料的物相、显微结构、光学性能进行测试。

3. 研究计划与安排

时间安排

第1-3周：查阅相关文献资料，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4-5周：按照设计方案，通过hf刻蚀ti₃alc₂，成功制备二维材料，并对二维材料的结构通过xrd和sem等测试手段表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] naguib m, kurtoglu m, presser v, et al.two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation ofti₃alc₂[j].advanced materials, 2011, 23 (37) :4248-4253.

[2]yupeng gao,libo wang,aiguo zhou,zhengyang li,jingkuo chen,hari bala,qianku hu,xinxin cao. hydrothermal synthesis of tio₂ /ti₃c₂ nanocomposites with enhanced photocatalytic

activity[j]. materials letters,2015,150.