可见光响应型TiO2复合光催化剂的制备及降解污染物性能的研究开题报告

全文总字数：5298字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来全球工业迅猛发展，人类在享受着科技进步带来的舒适与便利的同时，也面临着工业化对能源的巨大消耗以及由此造成的污染和废弃物的产生问题。21世纪以来，绿色可持续发展成为最热门的话题，治理污染、保护环境是全人类的共同心愿。在这样的背景下，光催化作为一种极具潜力的方法成为研究热点。1972年，fujishima和 honda在《自然》杂志上发表了关于tio₂电极光分解水的研究成果，之后以半导体材料和光能为基础的光催化技术受到广大科研人员的关注，尤其是基于可见光的光催化材料研究及应用在去除和降解污染物方面展现出巨大的研究价值。

其中tio₂ 因其化学性质稳定、催化活性高、价格低廉、无毒无污染等优点而备受人们的青睐，是当今研究最多的光催化剂。但单纯的tio₂材料由于禁带宽度较大（3.0-3.2ev），仅能利用可见光中波长小于400 nm的紫外光，而紫外光仅占太阳光能量的5%左右，致使光催化技术应用到实际时需要利用大量的人工紫外光源，额外增加了能源成本，严重限制了大规模的实际应用。另外，tio₂光催化材料受光激发生成的电子与空穴复合概率高，会降低光催化活性。因此有必要对现有光催化材料进行改性。目前常用的改性方法有贵金属沉积、复合半导体、掺杂金属或非金属元素、染料光敏化等，可以有效改善传统半导体的能级结构，缩小禁带宽度，拓宽可见光吸收范围。

然而金属基光催化材料生产成本高且条件苛刻，并不适合实际应用。因此近年来有机分子的光催化氧化性能开始受到研究者的关注。π-共轭聚合物（cpps）结构可设计，孔隙和表面性质可控，2013年cpps首次被证明可用于可见光诱导化学转化。含有共轭体系的有机分子与无机半导体复合后，有助于催化过程电子转移，延长空穴-电子存留时间，从而提升可见光利用率，提高光催化活性。因此有机助催化剂凭借其优良的特性成为一种新兴的tio₂改性方法。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

1. 文献调研。了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：设计tio₂/有机共轭小分子复合材料的制备方案。

第9－12周：了解并设计污染物降解实验，分析污染物降解的光催化原理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] jun shen et al. acceleratingphotocatalytic hydrogen evolution and pollutant degradation by coupling organicco-catalysts with tio₂. chinese journal of catalysis . 40 (2019):380–389.

[2] jeho lee,jiwon kwak.phenothiazine-based organic dyes with two anchoring groups on tio2 for highlyefficient visible light-induced water splitting. the royal society ofchemistry. 2012, 48: 11431–11433.

[3] jeehye byun, kai a. i. zhang. designingconjugated porous polymers for visible light-driven photocatalytic chemicaltransformations. materials horizons, 2019, 10, 4-20.