CeO2-CuO能级梯度材料的仿生合成及其光解水制氢性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义

光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了新的利用能源途径。半导体材料CeO2等因其特殊的禁带结构和能级分布而产生的氧化还原变换，常被用于光解水制氢领域。然而，由于氧化铈较大的能带隙（3.2 eV），只能利用近紫外区的光线来光解水，而当禁带宽度变小的时候，才能利用波长更长的可见光。

人们所研究和发现的光催化剂和光催化体系仍然存在诸多问题，如光催化剂大多仅在紫外光区稳定有效，能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，而且几乎都存在光腐蚀现象，需使用牺牲剂进行抑制，能量转化效率低，这些阻碍了光解水的实际应用。光解水的研究是一项艰巨的工作，虽然近期取得了一些进展，但是还有很多工作需要进一步研究，如研制具有特殊结构的新型光催化剂、新型的光催化反应体系，对提高光催化性剂性能的方法进行更加深入的研究等，这些都是今后光解水的研究重点。目前有关铈基催化剂的研究，主要还是集中在性能评价与应用开拓上，有关其催化作用的本质与活性位结构等方面的研究尚需加强。对于Ce在复合催化剂中的作用，还有许多内在规律有待探索。随着纳米技术和材料制备新技术的发展，以CeO2为代表的稀土催化材料在组成,结构和形貌，性能等方面的规律性探索仍需加强并有很大的研究和发展空间；同时要积极探索稀土催化材料在一些新的化学反应中的应用和催化作用，尤其是在能源化工和环境治理等领域中的应用。

2. 研究内容和预期目标

本试验研究两种材料的耦合，设计成Z形的梯度式能级，推动光解反应的发生，本项目拟用氧化铜作为掺杂材料，提高光催化剂的光量子产率，并可推动光还原反应的进行。

3. 研究的方法与步骤

1.寻找合适的多孔状模板材料，进行洗涤处理。

2.将模板浸渍到适当比例的铈盐和铜盐中48h。

3.将浸渍过的模板洗涤，200℃氮气保护下煅烧固形，之后在马弗炉中550℃煅烧生成材料。

4. 参考文献

Qin, J., Lu, J., Cao, M., Synthesis of porous CuO-CeO2 nanospheres with an enhanced low-temperature CO oxidation activity[J]. Nanoscale, 2010. 2(12): 2739-2743. He, C., Yu, Y., Chen, C., Facile preparation of 3D ordered mesoporous CuOx-CeO2 with notably enhanced efficiency for the low temperature oxidation of heteroatom-containing volatile organic compounds[J]. RSC Advances, 2013. 3(42): 19639-19656. Graciani, J., Mudiyanselage, K., Xu, F., Highly active copper-ceria and copper-ceria-titania catalysts for methanol synthesis from CO2[J]. Science, 2014. 345(6196): 546-550.

5. 计划与进度安排

一、2022.1.1-2022.2.25 阅读文献，完成综述

二、2022.2.26-2022.3.30 进行材料的制备

三、2022.4.1-2022.4.25 进行材料的表征