仿生结构氧化铈/氧化镍复合材料的合成及应用开题报告

1. 研究目的与意义

伴随着现代工业技术的不断发展，高危害、难降解的工业染料废水排放量的日渐增加。若处理不当，会对环境和社会带来巨大危害。本课题利用微纳米分级多孔氧化铈材料对这类污染物较高的吸附以及催化活性，有望解决污水净化问题，揭示吸附与催化两者之间协同效应的作用规律与反应机理，该研究既具有重要的理论价值又具有一定的社会意义。同时具备微纳米分级多孔结构的纳米氧化铈材料，由于具有极大的比表面积和较好的通透性，多孔结构可以为反应过程提供更佳的传质过程，因此可以为该材料的吸附催化一体化提供理论和实践依据。

利用生物模板控制合成微纳米分级结构材料是近年来一个新兴且具有广阔前景的研究方向，虽然已取得一系列的研究成果，但目前研究工作在系统性和深度方面都还不足，需进一步深入研究。微纳米分级结构对于材料设计多层次及结构功能一体化的要求具有重要意义。本文选用具有典型纤维结构的天然植物作为模板，如棉花纤维以及具有纤维结构的花茎，利用简单的浸渍、煅烧等热处理工艺，制备出能精确复制模板微观形貌的分级结构氧化铈材料。该材料不仅具有纳米尺度的晶粒尺寸，而且保留了模板多孔纤维结构，具有较大的比表面积。而目前利用植物纤维作为模板制备微纳米分级结构氧化铈纤维的报道较少，相关方面的研究尚处于起步阶段。同时，该研究巧妙地将天然生物模板中精妙的分级结构复制到目标材料中，使材料具有人工技术很难模拟的微观形貌与多孔结构。本课题的研究能够丰富生物模板法制备材料的方法和技术，加深对生物矿化机理的认知，进一步丰富生物模板分子水平的设计理论体系

2. 研究内容和预期目标

本文利用生物模板法制备出具有纤维结构的多孔氧化铈材料，该模板法安全高效、绿色环保、价格低廉，制备的微纳米分级结构氧化铈材料具有极好的催化性能，并将其应用于模拟有机染料废水的催化降解。通过对不同制备工艺的控制和探讨，探索得到制备微纳米分级氧化铈材料的最佳条件。其主要内容有：

（1）以工业滤纸为模板，以硝酸铈为前驱体经过浸渍以及后续的煅烧处理，得到具有微纳米分级结构的氧化铈材料。通过热重分析确定复合物的最佳煅烧温度。研究了前驱体浓度对分级结构氧化铈微观形貌的影响，进而优化制备工艺，将最优条件下得到的产物应用于模拟酸性品红染料废水的降解。

（2）以棉花纤维作为模板，制备出完整复制模板结构的氧化铈材料。利用fesem分析了前驱体浓度对最终产物微观形貌的影响，采用氮气吸脱附测试来表征材料的孔道结构并计算材料比表面积。利用程序控温还原来研究产物的催化活性，将在最优条件下得到的微纳米分级氧化铈材料应用于模拟亚甲基蓝染料废水的降解实验。

3. 研究的方法与步骤

1. 利用植物叶片自身碳化和限域作用，通过纸与棉花作为模板结构氧化铈/氧化镍复合材料；

2．利用高分辨透射电子显微镜(hrtem)、扫描电子显微镜(fesem)研究观察材料的微纳米结构及形貌

3. 以uv技术来测试材料的可见性质

4. 参考文献

[1] eric prouzet, serge ravaine, clement sanchez, et al. bio-inspired synthetic pathways and beyond: integrative chemistry [j]. new j. chem, 2008, 32: 1284–1299.

[2] nan ma, edward h. sargent, shana o. kelley. biotemplated nanostructures: directed assembly of electronic and optical materials using nanoscale complementarity [j]. j. mater. chem, 2008, 18: 954–964.

[3] sofia sotiropoulou, yajaira sierra-sastre, sonny s. mark, et al. biotemplated nanostructured materials [j]. chem. mater. 2008, 20: 821–834.

5. 计划与进度安排

一、2022.1.1-2022.2.25

阅读文献，完成文献综述和开题报告。

二、2022.2.26-2022.3.30