TiO2/Fe2o3复合材料的制备及其性能研究开题报告

全文总字数：3916字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，研究者们都在致力于寻找无污染的可持续的能源以缓解世界上日益严重的能源危机，例如如何有效的利用太阳能等等方面。方法之一是制造并使用高效的光催化剂，利用光催化技术来产生燃料或者消除已产生的污染，在光催化剂的作用下利用光辐射将污染物分解成无毒或者毒性较低的物质。在此过程中，光催化剂的性能影响着，在研究和提出的材料中，金属氧化物纳米结构由于其高的体积比，可调节的带隙和出色的稳定性而作为光催化剂受到了最广泛的关注。

tio₂材料具有良好的晶体学特性和表面活性以及良好的结构稳定性等性能，并被广泛的研究用于太阳能水分解、环境净化等方面。同时，这一材料也存在诸如低量子效率、选择性吸附、易混凝和失活等缺点，tio₂较大的带隙值抑制了可见光的吸收，可见光是太阳光谱中的占比最大的一部分，因而这一点极大地限制了太阳能的转换效率。研究如何对tio₂材料进行改性，一般才用的方法有贵金属沉积、半导体复合、金属离子掺杂等方法，将其吸收光波长向可见光区拓展，提高光催化效率。针对tio₂带隙值较大的这一问题进行研究，提高其可见光吸收有几种常见方法：与较低带隙的材料耦合以创建半导体结或者进行掺杂；与非金属和金属共掺杂。而在tio₂表面掺杂fe₂o₃有利于提高光催化效率。

fe₂o₃就具有低带隙值，并且自身具有低成本和高稳定性等优良的性能，所以被选为与tio₂的掺杂的材料。有研究表明，tio₂- fe₂o₃多层薄膜和其他复合结构（例如，fe₂o₃颗粒涂覆的tio₂纳米片，核壳结构的tio₂- fe₂o₃纳米复合材料）在光谱的紫外-可见光吸收区域具有活性，并且可以更有效地进行光催化。与此同时，溶解度比纯tio₂更高，这些类型的材料具有更大的可见光吸收区域，因而光催化的效率也越高。

2. 研究的基本内容与方案

光催化技术是在催化剂的作用下利用光辐射将污染物分解成无毒或者毒性较低的物质的过程，在光催化过程中，光催化材料的性能影响着光催化技术的效率，制备一种催化性能优良、稳定的化学性能、环保无毒、使用寿命长等优点的光催化材料具有重要意义。同时，大部分光催化材料具有吸收光波长范围窄，太阳光吸收效率低，不能吸收可见光等缺点，因此制备复合材料二氧化钛/氧化铁来提高光催化性能具有重要意义。本项目旨在对三个方面进行研究：

1tio₂/ fe₂o₃基复合前驱体的合成与结构调控研究；

2. tio₂基复合材料的结构与光催化性能（水降解污染物及光水解产氢）之间的关系研究

3. 研究计划与安排

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4-8周：TiO₂/Fe₂O₃基复合前驱体的合成与结构调控研究第9-13周：研究TiO₂基复合材料的结构与光催化性能（光降解水污染物及光水解产氢）之间的关系，并分析TiO₂/Fe₂O₃基复合材料的合成机理

第14-18周：总结试验数据，完成并修改毕业论文；第19周：论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

1. y. zhong et. al, controllable synthesis of tio₂@fe₂o₃ core-shellnanotube arrays with double-wall coating as superb lithium-ion battery anodes.sci. rep., 2017, 7: 4092;

2. k. yao et. al, fe₂o₃-tio₂ core-shellnanorod arrays for visible light photocatalytic applications. catalysis today,2016, 270: 51

3. k. e. dekrafft et. al, metal-organic framework templatedsynthesis of fe₂o₃/tio₂ nanocomposite forhydrogen production. adv. mater. 2012, 24: 2014