SiO2/TiO2/CdS光子晶体的制备及性能研究开题报告

随着煤炭、石油等化石燃料的日益枯竭，人类正面临着巨大的能源危机，而消耗这些化石燃料的同时也带来了严重的环境污染问题。因此，解决当前严重的能源短缺和和环境污染问题已迫在眉睫。自从1972年藤岛昭教授发现在二氧化钛电极能够光电分解水产生氢气以来，半导体光催化技术已经被认为是解决世界能源危机的重要手段。半导体光催化能够利用丰富的太阳能来分解水产氢、降解有机污染物和还原二氧化碳，这对全球新能源开发和环境治理有重要的意义。目前光催化性能优异的材料体系主要集中在TiO₂、ZnO、金属钛酸盐以及铌酸盐等宽禁带半导体，通常这些半导体的带隙都在3eV以上，因此只能吸收太阳光中少量的紫外光部分，极大影响了光催化材料的催化活性，制约了光催化技术在实际生产生活中的应用。因此，通过对这些宽禁带半导体进行改性，拓展其光谱响应范围，是发展新型高效可见光光催化材料的重要手段之一，对解决当前能源短缺和环境污染问题，进一步推动光催化技术的发展及其实际应用具有非常重要的意义。

本试验目的在于制备不同环境条件下的二氧化硅胶体光子晶体，研究环境对二氧化硅胶体晶体的影响，另外，通过对CBD法的改进，向二氧化硅胶体晶体模板中填充CdS高折射率材料，制备具有宽能隙结构的光子晶体。本文中还结合纳米材料制备以及微结构调控技术，控制反应条件，优化TiO₂的负载方式，进一步增大比表面积，提高结晶度，提高材料的光催化性能。通过掺杂金属离子、表面贵金属沉积、半导体复合等多种方式，扩展TiO₂的光吸收范围，提高光催化活性。

环境污染是全世界都在关注的焦点问题。世界上每年就会产生无数的有毒固体和液体废物，其中相当大的一部分渗透到土地里，污染了地下水和表面水。科学家们已发展出物理、化学、生物化学等方法来消除这些有害物质，但这些方法投入大、处理周期长，降解率低，特别是对非生物降解的有毒、有害物质如二恶英等无能为力。相对廉价的 TiO₂ 光催化剂在紫外光的照射下就能去除这些污染物，且不会产生有毒的副产物，因此对它的研究一开始就受到科学家们的高度重视，一些科学家将这一研究称为阳光工程，光洁净革命。

1．SiO₂/TiO₂/CdS光催化剂的制备，并优化得到最佳工艺。

2．利用XRD、TEM、UV对SiO₂/TiO₂结构进行表征。

3．SiO₂/TiO₂/CdS光催化剂性能进行研究。

研究计划：

1．准备工作、文献综述和开题报告。（2015年12月 2日~2015年1月7日）1周。

2．TiO₂光子晶体制备及工艺研究。（2015年03月1日~2015年03月11日）2周。

3．SiO₂/TiO₂/CdS光子晶体的结构表征与性能研究。（2015年03月11日~2015年03月28日）2周。

4．SiO₂/TiO₂/CdS光子晶体的制备与表征。（2015年03月29日~2015年04月30日）4周。

5．进一步完善实验工作和数据测试工作。(2015年05月01日~2015年05月14日)2周。

6．撰写论文和论文答辩。（2015年05月14日~2015年05月31日）2周。

新型光催化材料开发方法主要集中在以下两个方面：一是对紫外光响应型宽带隙光催化材料的改性使其获得可见光响应；另一方面是通过材料设计的方法设计和开发可见光响应型光催化材料。拓展紫外光响应型半导体的光响应至可见光区的方法主要集中在元素掺杂改性、半导体复合与光敏化等方面。另外，通过材料设计的方法，从晶体结构、 能带结构设计出发，采用理论设计与实验相结合的方法也可以获得具有可见光响应的光催化材料。