三相异质结构的合成及其光催化产氢性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着能源和环境问题的日益严峻，异质结纳米光催化剂在太阳能利用及环境保护等方面的应用引起了人们极大的兴趣。

异质结纳米光催化剂是由两种或多种不同成分通过一个小的接触面连接在一起的。

其结构特点为：一方面两种组分的表面均暴露在外面，使得两种颗粒均有参与跟环境互动的可能性；另一方面两种材料均独立地形成纳米颗粒，使其功能更强大，兼有双元组分各自的特性，由于其特殊的能带结构和载流子输送特性，在光催化反应中能有效抑制光生电子和空穴复合，提高量子效率。

2. 研究内容和预期目标

本课题拟用石墨烯、氧化铜作为耦合材料，提高光催化剂的光量子产率，推动光解水制氢反应的进行。具体实施是从自然界采集茎秆、硅藻等多孔材料，并以之为模板，浸渍铈盐和铜盐，在氮气保护下先经高温制备仿生石墨烯，后经水热处理在石墨烯片层上生成铜铈纳米颗粒，对材料进行FE-SEM、FE-TEM、拉曼、XRD、氮气吸附脱吸附等表征，制备具有高效产氢的三相异质结构材料。

3. 研究的方法与步骤

1、选取植物花瓣作为模板，先进行纯水洗涤，称取5 g放入300 ml纯水中，加入浓度为0.5 mol/l的盐酸2 ml，浸渍8小时。

2、取出经过蒸馏水洗涤多次后，40°c风干后4小时后，置于管式炉中以4 °c/min的速度煅烧。

3、称取煅烧后的样品置于一定浓度的硝酸铈硝酸铜溶液中，磁力搅拌24小时之后放入水热釜中在120 °c反应24 h。

4. 参考文献

[1] He, C., Y. Yu, C. Chen, et al., Facile preparation of 3D ordered mesoporous CuOx-CeO2 with notably enhanced efficiency for the low temperature oxidation of heteroatom-containing volatile organic compounds. RSC Advances, 2013. 3(42): 19639-19656.[2] Graciani, J., K. Mudiyanselage, F. Xu, et al., Highly active copper-ceria and copper-ceria-titania catalysts for methanol synthesis from CO2. Science, 2014. 345(6196): 546-550.[3] Zeng, S., Y. Wang, B. Qin, et al., Inverse CeO2/CuO catalysts prepared by different precipitants for preferential CO oxidation in hydrogen-rich streams. Catalysis Science Technology, 2013. 3(12): 3163-3172.[4] Xu, D., F. Cheng, Q. Lu, et al., Microwave Enhanced Catalytic Degradation of Methyl Orange in Aqueous Solution over CuO/CeO2 Catalyst in the Absence and Presence of H2O2. Industrial Engineering Chemistry Research, 2014. 53(7): 2625-2632.[5] Zabilskiy, M., P. Djinovi, E. Tchernychova, et al., Nanoshaped CuO/CeO2 Materials: Effect of the Exposed Ceria Surfaces on Catalytic Activity in N2O Decomposition Reaction. ACS Catalysis, 2015. 5(9): 5357-5365.[6] 卢冠忠, 王幸宜, 汪仁, et al., 氧化铈在非贵金属氧化物催化剂中的作用(Ⅴ)──热环境对Cu-Mn-Ce-O催化剂性能的影响. 高等学校化学学报, 1994(6): 895-898.[7] 高志明, 宋晓媛, 马宏伟, et al., CuO/CeO2催化剂在温度变动过程中的CO-PROX催化性能. 北京理工大学学报, 2016(2): 215-220.[8] 周宏仓, 查键, 王镇乾, et al., 不同载体CuO-CeO2催化剂对多环芳烃(萘)的氧化性能研究. 中国电机工程学报, 2015. 35(9): 2246-2253.

5. 计划与进度安排

2022-12-19 ~ 2022-02-12 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2022-02-13 ~ 2022-03-15 熟悉异质结结构材料的制备工艺，合成复合材料。

2022-03-16 ~ 2022-05-01 对材料进行表征，研究材料的晶体结构和催化制氢性能之间的关系。