生物活体蛋白指导下的光催化材料的合成开题报告

全文总字数：4934字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，能源与环境问题已经成为当前社会的主题，在快速发展的同时，如何保持能源与环境的可持续发展成为了各国的研究热点。一方面通过开发新技术、新循环、新机理來提高循环的效率，减缓当前的能源消耗速度；另一方面寻求开发新能源来替代化石燃料，为后代的可持续发展保持一定的能源储存。生物矿化过程是一个环境友好的过程，其在常温常压下，以极其精准、高效的方式指导生物矿物的形成，且形成的矿物往往具有精细复杂的结构和独特的功能。而在人类传统的合成制备方法中，往往需要极端的反应条件，如高温、高压等。因此，学习生物矿物的结构形成过程，掌握其形成机理，从而运用至材料的合成制备中，提升现有材料的制备技术，实现材料的低温/室温、高效节能的绿色制备，是缓解当前人类社会所面临的能源危机的重要途径。另一方面，制造并使用高效的光催化剂，有效地利用太阳能，产生清洁能源氢气，也是解决能源危机的有效途径之一。

例如，tio₂材料具有良好的晶体学特性和表面活性以及良好的结构稳定性等性能，并被广泛的研究用于太阳能水解产氢、环境净化等方面。同时，这一材料也存在诸如低量子效率、选择性吸附、易混凝和失活等缺点，tio₂较大的带隙值抑制了可见光的吸收，可见光是太阳光谱中的占比最大的一部分，因而这一点极大地限制了太阳能的转换效率。针对tio₂带隙值较大的这一问题进行研究，提高其可见光吸收有几种常见方法：与较低带隙的材料耦合以创建半导体结或者进行掺杂；与非金属和金属共掺杂。例如fe₂o₃具有低带隙值，并且自身具有低成本和高稳定性等优良的性能，所以被选为与tio₂的掺杂的材料。有研究表明，tio₂-fe₂o₃多层薄膜和其他复合结构（例如，fe₂o₃颗粒涂覆的tio₂纳米片，核壳结构的tio₂- fe₂o₃纳米复合材料）在光谱的紫外-可见光吸收区域具有活性，并且可以更有效地进行光催化。与此同时，溶解度比纯tio₂更高，这些类型的材料具有更大的可见光吸收区域，因而光催化的效率也越高。

当前研究已明确，生物矿物的形成过程中，有机质特别是细胞分泌的蛋白对无机晶体的成核与生长的调控作用。其中，贝壳中，天然活体蛋白-外套膜液蛋白被证实与caco₃晶体的形成密切相关，其在caco₃的合成过程中具有多方面功能。外套膜液蛋白成分复杂，含有多种蛋白。蛋白之间的协同效应进一步改善了其矿化活性。另一方面，外套膜液蛋白指导形成的文石珍珠层除了具有精细完美的砖墙结构外，有机基质和无机物质之间独特的相互作用也使得生物文石远远优于天然矿物caco₃的机械性能。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

1. 外套膜液蛋白的提取和表征；

2. 探索制备光催化材料（tio₂基复合材料等）的最佳工艺，研究光催化剂结构与光催化性能的内在关系；

   剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！

   3. 研究计划与安排

   第1周：查阅不少于15篇相关文献资料，其中近5年英文文献不少于3篇，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响；

   第2周：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3周 ：完成不少于5000字的英文文献翻译

   剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！

   4. 参考文献（12篇以上）

   [1]mann, s. biomineralization [m]. oxford: oxforduniv. press, 2007

   [2]kingery w. d, introduction to ceramics [m]. newyork: john wiley sons, 1960.

   [3]崔福斋.生物矿化[m]. 2007.清华大学出版社.

   剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付