SiO2/TiO2/CoFe2O4光子晶体的制备及性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义

光子晶体结构由于能够通过改变材料的物理结构实现光富集，也可以用来与其他光催化的改进技术（如化学修饰等）相结合，利用耦合作用提高光催化效率，已经在光催化领域得到了部分应用。新型光催化剂的制备不仅在满足环境和能源需求方面具有重大的意义，而且拓展了光子晶体在其他领域的发展前景。研究这种材料的改性技术，使其具有大的比表面积和高的光吸收率，提高材料催化效率，从而达到直接利用太阳能进行安全、廉价的光催化分解水制取清洁的氢的目的。

2. 国内外研究现状分析

进入21世纪以来，全球面临能源危机和环境污染的严峻挑战，急需新材料来解决这些问题。作为新材料的代表，光催化剂在20世纪70年代由日本东京大学fujishima a和honda k两位教授首次报告发现，目前已应用于环境净化，自清洁材料，光解水制氢、太阳能电池，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。光催化技术在常温、常压下就可以进行，能够彻底破坏有机或无机污染物，并使之完全、快速氧化为co₂、h₂o等无害物质，避免了二次污染，从而达到净化环境的目的。

此后，半导体光催化成为最受关注的研究范畴之一。光分解水制氢是指当光照射到半导体催化剂表面时，催化剂价带中的电子会因吸收光子能量而发生跃迁，价带中的电子跃迁到导带而形成空穴，导带中得到电子则会氧化oh^-释放o₂，同时价带中的空穴会还原h 生成h₂。

尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。另一方面，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，依然是现在制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子效率光催化材料是实现光能转换的先决条件，也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1. 尖晶石型cofe₂o₄/tio₂光催化剂的制备，并优化得到最佳工艺

2. 利用xrd、tem、uv对cofe₂o₄/tio₂结构进行表征。

4. 研究创新点

尖晶石型化合物作为一种新兴的光催化材料，由于其优良的可见光响应性和光化学稳定性，在光催化领域具有巨大的应用前景，而且通过对尖晶石型光催化剂进行改性和修饰，还能进一步提高其光催化活性；同时，利用尖晶石型化合物对一些宽禁带的光催化剂(如tio₂ 等)进行改性或制备成复合半导体材料，可以有效拓宽宽禁带光催化剂的吸光域，提高光催化效率。

目前，有关尖晶石型化合物的光催化研究还刚刚开始。由于尖晶石型化合物种类繁多，如何通过实验分析和理论建模深入理解尖晶石型化合物的光催化机理，揭示材料组成、结构与性能之间的关系，从中寻找出性能更为优异的光催化剂是尖晶石型化合物光催化研究的重点和难点，也是未来尖晶石型化合物实现高光催化性能的发展方向。

课题研究的创新点和可行性分析