生物结构碳/氧化铈人工光合材料的合成及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：我国稀土资源丰富，ceo2是多功能稀土材料中最具代表性的一种，由于其特有的ce3 /ce4 变价

活性从而具有优越的储放氧能力，使其在汽车尾气净化、有机废水降解等催化相关领域有着广阔的应用前景。微纳米分级多孔氧化铈不但能够提高材料的比表面积，而且在一定程度上也提高了其吸附性能。对催化剂而言，较高的比面积表明能够提供较多数目的催化活性位，从而有利于提高催化活性。多孔结构可以在实现吸附效果的同时，对反应物进行催化作用，从而大大提高催化效率。所以，具有微纳米分级多孔结构的二氧化铈将是十分具有潜力的催化剂。

仿生遗态制备法是一种模仿自然生物的结构、功能、机制、乃至部分或整个活性系统为基础的纳米仿生材料技术,对生物组织结构所具有的多层分级微纳米多孔结构进行精密复制。ceo2的制备可依附于多种生物模板

2. 研究内容和预期目标

研究内容：在CO2含量不断升高而导致全球温室效应增效及化石能源日益匾乏的当下。本项目利用生物模板的限域效应，通过仿生手段合成叶片结构仿生石墨烯/氧化铈，利用材料的大比表面积和拟态细胞孔道提高对CO2和H2O分子的快速富集能力，为光催化还原反应提供高浓度的反应物环境；碳纳米薄膜结构促使光吸收红移，提高可见光吸收能力，促进光生电子的快速迁移，避免与空穴的复合，有效提高材料的太阳能光还原CO2效率。系统分析不同叶片结构仿生石墨烯/氧化铈的光催化还原CO2活性和产物的选择性，研究光催化反应效率和氧化铈晶面之间的内在联系，利用密度泛函理论研究氧化铈不同晶面的能级结构与表面态密度的关系，阐明氧化铈与碳纳米薄膜之间光生载流子移动与结合规律，指导探索复合催化剂与水、汽界面的CO2光催化还原机理。筛选和优化催化剂，构建以叶片结构仿生石墨烯/氧化铈为催化剂，稳定直接利用洁净、无价、永恒的太阳光将CO2和H2O转化为有机燃料小分子的体系，实现人工固碳，减轻大气温室效应，保持“碳经济”的可持续发展。利用植物叶片自身碳化和限域作用，合成具有叶片精细微纳分级结构的仿生石墨烯/氧化铈，在此基础上，通过调变合成工艺，使碳和氧化铈对细胞孔进行精确复制，研究材料的光吸收效率与各类叶片精细微纳分级结构之间的关系，分析碳材料促使氧化铈光吸收红移的内在联系，探索氧化铈价态、半导体能带间隙、导带和价带受纳米碳膜结构的影响规律，构筑能直接高效利用太阳能的叶片仿生结构半导体光催化剂。

预期目标：获得具有良好光催化活性的仿生石墨烯/氧化铈材料

3. 研究的方法与步骤

研究方法：生物膜板法

步骤：1、以植物叶片和化妆棉为模板，进行化学预处理；

2、用硝酸铈溶液浸泡叶片和化妆棉；

4. 参考文献

[1] jordan, a.; scholz, r.; wust, p.,et al., endocytosis of dextran and silan-coated magnetite nanoparticles and the effect of intracellular hyperthermia on human mammary carcinoma cells in vitro[j]. journal of magnetism and magnetic materials 1999, 194(1-3), 185-196.

[2] weissleder, r.; bogdanow,a.; neuwelt, e. a, et al., long-circulating iron-oxides for mr-imaging[j]. advanced drug delivery reviews 1995, 16(2-3), 321-334.

[3] liu, z. l.; ding, z. h.; yao,k.l.,et al., preparation and characterization of polymer-coated core shell structured magnetic microbeads[j]. journal of magnetism and magnetic materials 2003, 265(1), 98-105.

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 进行材料的表征四、2022.4.26-2022.6.1完成数据整理和毕业论文写作