稀土-非金属掺杂TIO2纳米材料的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

1972年fujishima和honda发现水在受光照的二氧化钛上发生光催化氧化还原反应并产生氢,标志着多相光催化时代的开始。

是一种型半导体型材料,化学性质稳定、耐光腐蚀具有较大的禁带宽度、氧化还原电位高、光催化反应驱动力大、光催化活性高等优点可使一些吸热的化学反应在被光辐射的二氧化钛表面得到实现和加速,二氧化钛价格低廉、易得、无毒无害、成本低,故光催化研究以最为活跃。

随着国民经济的高速发展,环境污染严重,难降解、有毒、有害有机物己经严重影响人类生存与发展,在工业和家用废水中常常发现有机污染物,此体系对环境的污染相当严重，不仅导致河体变黑,水体发臭,影响城市景观,而且其中所生成的各种衍生物毒性很强,极大的阻碍了人类文明的前进步伐。

2. 课题关键问题和重难点

tio₂由于它的氧化能力强，化学稳定性好，原料充足、成本较低、无毒等优点，成为目前应用最广泛光催化剂之一,光催化氧化技术节能、高效、安全、无毒,凭借这些特性为解决环境和能源问题提供了发展方向。

问题与难点：

1、由于二氧化钛的带系较宽（3.0－3.2ev），相对较高的空穴电子对的重组率，降低了光催化反应中的量子效率, 导致其光催化效率较低；

3. 国内外研究现状（文献综述）

二氧化钛光催化活性高、稳定性好、无毒等优点而具有广泛的应用前景,然而，对太阳能利用效率低是限制其实际应用的重要原因，对tio₂进行掺杂改性并开发具有特殊形貌的材料是当前光催化研究的热点。纳米tio₂它是一种半导体，其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性,其中二氧化钛(titanium dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料，导致其光催化效率较低，从而限制了其工业化应用。

为解决这些问题，人们采取了一系列措施，如：金属沉积法，复合半导体法，离子掺杂法，表面光敏化等，以提高其光催化范围与活性，其中金属与非金属的共掺杂表现出较好的光催化性能。非金属掺杂可以提高可见光的吸收，金属掺杂可以有效分离电子空穴，两者共同掺杂可以产生较好的协同作用，大大减少复合率，提高光催化效率，tio2由于它的氧化能力强，化学稳定性好，原料充足、成本较低、无毒等优点，成为最广泛光催化剂，但由于二氧化钛的带系较宽（3.0－3.2ev)，相对较高的空穴电子对的重组率，导致其光催化效率较低因此，加入稀土材料有利于增加催化活性，提高了光催化性能,纳米二氧化钛是一种无污染、化学性质稳定、安全无毒、耐化学及成本低的材料，因此具有广泛的应用前景，在污水处理、涂料、染料、传感器、化妆品等领域的应用。

tio₂半导体的能带结构常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成,价带和导带之间为不连续区域,称为禁带或带隙,纳米tio₂（锐钛矿)的带隙能为,相当于光子的能量。当受到波长小于的紫外光的照射时,电子就可以从价带激发到导带,同时在价带产生相应的空穴,因此量子效率较低粉末的直接使用,存在催化剂易凝聚、易中毒失活和难分离回收等缺点而固定相体系又存在固定化条件相对苛刻和光催化活性下降等不足,因此提高的光催化活性和对太阳光的利用率是当前光催化研究中最为重要的研究课题。

4. 研究方案

用沉淀一浸渍法制备稀土-非金属掺杂tio₂纳米材料的方案，通过煅烧、干燥、焙烧，制得晶体结构。

1、由钛酸四正丁酯和碘酸为原料通过溶胶凝胶法制备i/tio₂前驱体纳米晶粒；

2、通过上述步骤以去离子水代替碘酸溶胶凝胶法制备tio₂前驱体；

5. 工作计划

1-2周 确定论文主题，了解稀土-非金属掺杂tio₂纳米材料的特点、改性途径、制备及其影响因素的相关资料，做好论文记录，完成论文提纲；

3-4周 设定稀土-非金属掺杂tio₂纳米材料的实验方案，准备实验仪器和实验材料；

5-6周 进行第一次实验，实行样品合成，实验过程中难点不足之处进行反复研究推敲，加以改进，做好相关周记录；