CoFe2O4/CdS/石墨烯的制备及性能研究开题报告

全文总字数：1550字

1. 研究目的与意义

近年来，随着化学生物科技的不断发展，化学污染和生物污染也日益严重，如何有效地控制这些污染也逐渐成为人们关注的焦点。由于传统的化学氧化法、物理吸附法和微生物处理法存在着效率低下、处理不彻底、能耗高等缺点，所以开发高效低耗的污染物清除技术成为当务之急。光催化技术就是在这个背景下发展起来的新型环保技术。

在光催化的过程中，光催化剂尤为重要。理论上，催化剂能隙大于1123ev并且光激电子和空穴的氧化与还原电势与水的分解电位匹配就可以催化水的分解，由于存在过电位，合适的催化剂能隙应为118ev。研究表明能满足上述能隙要求的催化剂容易发生光溶解或光腐蚀，并且光量子效率低，而能隙偏大的催化剂只对紫外光有响应，太阳能的利用率低。因此研究开发新型催化剂，提高光催化的效率，并将催化剂对太阳光的响应拓展到500nm的可见区成为国内外研究的热点和关键。

本实验的目的在于制备一定环境条件下的cofe2o4胶体光子晶体，并且研究环境对cofe2o4胶体晶体的影响。而后进一步通过改进，向cofe2o4胶体晶体模版中填充cds这种高的折射率的材料，来制备具有较宽能隙的光子晶体。然后利用石墨烯的优良的导电性和巨大的比表面积的性质，加入石墨烯来提高光催化效率。最后结合纳米材料制备和微结构调控技术，控制反应的条件，优化cofe2o4的负载方式，增大比表面积，提高结晶度，以此来提高材料的光催化效率。

2. 国内外研究现状分析

由于世界范围内的环境污染问题受到了广泛的关注，因而环境光催化是目前光催化研究的热点。联合国将光催化开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。直接利用太阳能来解决能源的枯竭和地球环境污染等问题是其中一个最好、直接、有效的方法。为此，中国政府制定实施了中国光明工程计划。模仿自然界植物的光合作用原理和开发出人工合成技术被称为21世纪梦的技术。它的核心就是开发高效的太阳光响应型半导体光催化剂。目前国内外光催剂的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰。尽管这些工作卓有成效，但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。因此搜寻高效太阳光响应型半导体作为新型光催化剂成为当前此领域最重要的课题。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.cofe₂o₄/cds/石墨烯光催化剂的制备和优化。

2.利用xrd、tem、uv对cofe₂o₄/cds的结构进行表征。

4. 研究创新点

提高光催化剂活性的关键是如何减少光电子与空穴的重新结合的几率。而二元或者多元的半导体复合可以达到这个目的。半导体复合进行光催化时，光催化效率得到显著提高。另外，元素掺杂改性和光敏化可以拓展紫外响应性半导体的光响应至可见光区，以此来提高光催化活性。通过材料设计的方法，从结构出发，理论与实际相结合，以此来制备具有光响应的高效率光催化材料。分析复合半导体光催化剂表面元素的组成和价态，并进行结构表征，探讨光催化剂结构与性能之间的关系，来揭示复合半导体光催化剂的催化机理。