稀土改性金属氧化物电极的制备及电催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

水是生命之源，水质的好坏影响着人类的身体状况，目前，全球水资源日益枯竭，除了节约水资源之外，废水处理就成为我们重点要解决的问题。水体污染物的成分非常复杂，概括起来主要有：无机类污染物、有机类污染物、病原微生物、寄生虫等。水体被污染后，常可引起水的感官性状恶化，可使水发生异味、异色，呈现泡沫和油膜等，妨碍水体的正常利用。水环境中含氮污染物对动植物生存和人类健康构成严重威胁。

光电催化氧化是一种有效利用促进光生电子和空穴分离，并利用光电协同作用的增强型光催化氧化技术，利用太阳能矿化环境中的有机和无机污染物。其一般采用三电极体系，包括光电极、对电极和参比电极。以光催化剂作为光电极，对其施加一定的偏压，光生电子就会迁移至外路，从而会抑制光生电子和空穴的复合，空穴在催化剂表面累积，并进一步发生反应除去污染物，因此选择合适的光催化剂、电极基体是关键。

然而，以二氧化钛为代表的半导体光催化剂存在光响应范围窄、量子效率低和光生电子-穴对易复合等问题，急需开发新型高效光催化材料。目前绝大多数研究是通过元素掺杂来提升其光催化性能，主要分为无机非金属掺杂和金属掺杂两大类。因稀土元素具有丰富的能级结构和特殊的光电学特性，可不完全占据的4f 和空的5d 轨道，所以其常用作催化剂或者促进催化作用。研究人员将催化剂固定在导电基体上，同时外加偏压抑制光生电子和空穴的复合，从而开发出一种新型催化氧化技术--电化学辅助光催化技术，即光电催化氧化技术。

2. 研究内容和预期目标

目前，以二氧化钛为代表的半导体光催化剂存在很多问题，如：光响应范围窄、量子效率低和光生电子-穴对易复合等，急需开发新型高效光催化材料。光电极是光电催化反应器的核心部件。光电极的研究目前主要集中在光催化剂的改性、电极材料的筛选以及探索如何将其组装成高效实用的光电极和光电催化反应器上。

本课题拟制备光电催化电极，考察所制备的光电催化电极降解氨氮或亚甲基蓝的效果。

具体内容如下：

3. 研究的方法与步骤

（一） 二氧化钛纳米管电极(tio₂-nts)的制备

采用阳极氧化法制备钛基tio₂纳米管陈列

4. 参考文献

[1]苏　帅，徐　清，范冬梅，等. 介孔碳负载ce-tio₂的制备及其光催化降解亚甲蓝性能. 人工晶体学报[j].2017,46(8):1580-1586.

[2]李凌风，赵小龙，潘东来，等. 电化学阳极氧化法制备类纳米管结构wo₃光阳极用于光电催化全分解水. 催化学报[j], 2017,38(12)：2131-2140.

[3]李明， 尹笃，孟勇. 多孔陶瓷粒子电极的制备及对含氮杂环化合物的降解研究.湖南师范大学硕士论文[d].2015.

5. 计划与进度安排

1）2022年11月25日-2022年03月31日：查阅相关文献，撰写文献综述，提出具体研究计划,完成开 题报告，进行实验前期准备工作；

2）2022年04月1日- 2022年05月20日：论文实验阶段；