西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告

1、本科畢業(yè)論文開題答辯報告本科畢業(yè)論文開題答辯報告指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： XX XX演示者姓名：演示者姓名： XXXX演示文稿日期：演示文稿日期： XX XX引述引述項目主題：項目主題：TiOTiO2 2負載型催化劑的制備研究負載型催化劑的制備研究及光催化應(yīng)用及光催化應(yīng)用主題主題概述概述l研究背景l(fā)作用原理l制約條件l研究現(xiàn)狀l不足之處l改進設(shè)計方案方案l實驗流程圖l主要藥品l主要儀器l產(chǎn)品制備l產(chǎn)品表征l應(yīng)用設(shè)計預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果進程安排進程安排參考文獻參考文獻致謝致謝匯報目錄匯報目錄 自從1972年日本Fujisima和Honda報道了TiO2電極上電解水現(xiàn)象后，半導(dǎo)體光催化引起了國際化學(xué)、物理

2、學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。納米半導(dǎo)體TiO2光催化技術(shù)具有低能耗、易操作、無二次污染等特點，且有望利用太陽能在有機合成，光解水，環(huán)境治理等領(lǐng)域得以應(yīng)用，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。概述概述 研究背景研究背景半導(dǎo)體材料之所以能夠作為催化劑，與它自身的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價帶價帶和導(dǎo)帶導(dǎo)帶構(gòu)成，價帶和導(dǎo)帶價帶和導(dǎo)帶之間之間存在禁帶禁帶。當(dāng)能量大于或等于能隙的光子照射到半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體微粒吸收光子能量，價帶上的電子(e )就可以躍遷到導(dǎo)帶，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴(h+)，產(chǎn)生電子一電子一空穴對空穴對,遷移到表面的光生電子和空穴既能參與加速光催化反應(yīng)，同時也存在著電子與空穴

3、復(fù)合的可能性。概述概述 作用原理作用原理 傳統(tǒng)的TiO2光催化技術(shù)以人工紫外光作為光源，成本昂貴，限制了光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，太陽能是一種理想的廉價光源，但TiO2是寬禁帶(Eg=3.2eV)半導(dǎo)體化合物,只能利用波長較短的太陽光能(387nm)，而這部分紫外線只占到達地面太陽光能的5%以下，太陽能利用效率很低太陽能利用效率很低。 另一方面，受光激發(fā)形成的空穴和電子易于復(fù)合空穴和電子易于復(fù)合，降低了光量子利用效率。因此縮短催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見光譜擴展和抑制TiO2光生電子與空穴的復(fù)合是提高太陽能利用率的技術(shù)關(guān)鍵。概述概述 制約條件制約條件目前針對TiO2光催化劑的改性研究主要包括

4、如下方面:表面貴金屬沉積，金屬離子摻雜，非金屬摻雜，染料敏化件、離子注入、引入氧空位以及半導(dǎo)體復(fù)合等等。在以上提高光催化性能方法中，TiO2離子摻雜因其效果佳、無毒性等優(yōu)點被廣泛研究，將是今后TiO2實現(xiàn)可見光催化的主要途徑。Ti02摻雜主要分為過渡金屬元素摻雜、稀土元素摻雜、非金屬元素摻雜。概述概述 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 目前金屬離子摻雜研究，大都以光催化氧化反應(yīng)為探針對個別離子摻雜改性TiO2催化劑的光催化氧化性能進行了研究，而對元素摻雜后TiO2的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、比表面積和相變溫度等方面的研究還不全面，摻雜體系拓展吸收光譜的研究還很少，對第四周期摻雜離子的系統(tǒng)研究也不夠深入，對改性機制的

5、認識也是眾說紛紜。概述概述 不足之處不足之處 為進一步研究驗證金屬離子摻雜對TiO2的結(jié)構(gòu)、尺寸、光吸收性能和光催化性能等方面的影響，改善TiO2的光催化性能和適應(yīng)工業(yè)化的需要，增強TiO2可見光吸收和提高TiO2光催化效率，本實驗采用溶膠凝膠法制備了過渡金屬第一過渡系Cu、Fe、Zn分別摻雜TiO2，在此基礎(chǔ)上嘗試制備非金屬-金屬-TiO2三元復(fù)合催化劑（S-Fe- TiO2），采用催化甲基橙的方式比較各組催化活性。概述概述 改進設(shè)計改進設(shè)計 利用X一射線衍射(XRD)、紫外一可見吸收光譜(UV-Vis)、比表面積測試、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等表征手段對部分產(chǎn)品進行實驗，研究了TiO

6、2晶體結(jié)構(gòu)、光吸收性能，比表面積等性能。同時計劃制備泡沫鎳負載型Cu摻雜TiO2作為正極，碳棒作為負極，以三價砷為目標氧化物，進行光電催化實驗，并采用溶出伏安法測試離子濃度，驗證催化劑的催化活性作為其應(yīng)用。概述概述 改進設(shè)計改進設(shè)計 實驗流程圖實驗流程圖方案方案研究相變溫度研究不同金屬摻雜后吸收光譜 主要藥品主要藥品方案方案藥品名稱規(guī)格藥品名稱規(guī)格鈦酸四丁酯(TBT) CP濃硝酸AR冰乙酸AR硝酸銅AR無水乙醇AR硝酸鋅AR吐溫-60AR硝酸鐵AR司班-60AR氧化砷AR甲基橙CR泡沫鎳AR 主要儀器主要儀器方案方案儀器儀器磁力溫控攪拌器掃描電子顯微鏡（SEM）pH玻璃電極氮氣吸附-脫附自動分

7、析儀（BET）馬弗爐紫外-可見分光光度計（UV-vis）電子天平紫外燈分光光度計直流穩(wěn)壓電源XRD衍射儀紅外線干燥器透射電子顯微鏡（TEM） 電化學(xué)工作站溶膠凝膠法溶膠凝膠法：該法制備過渡金屬摻雜納米Ti02主要以鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)為主要原料。Ti(OC4H9)4在水中的溶解度很小，且水解活性很大，通常采用醇作溶劑，酸作抑制劑。試驗采用無水乙醇作溶劑，硝酸作抑制劑。反應(yīng)歷程表示如下:方案方案 催化劑的制備及性能對比催化劑的制備及性能對比受水、催化劑、醇濃度等影響I、不同摻雜量的Cu- Ti02催化劑的制備II、不同焙燒溫度的Cu- Ti02催化劑的制備III、不同焙燒時間的Cu

8、-Ti02催化劑的制備IV、選用步驟I的方法，以上面的最佳配比，焙燒溫度和時間，制得Fe-Ti02，Zn-Ti02催化劑，進行活性實驗對比V、制備S-Ti02二元，S-Cu-Ti02三元催化劑，并進行活性實驗。（在時間充裕的條件下可選作）VI、光催化電極的制備方案方案 主要制備步驟主要制備步驟 對Fe、Cu、Zn-TiO2系列催化劑進行紫外吸光實驗與TiO2 的做對比，對在焙燒凝膠時使用一系列不同溫度制的的Cu-TiO2進行XRD處理與TiO2 的做對比，對由最佳條件合成的催化劑做XRD、TEM、SEM、UV、BET與TiO2 的做對比。l(l)x射線粉末衍射儀(X-rayDifractfon

9、，XRD)l(2)紫外一可見漫反射吸收光譜(UV-vis)l(3)比表面積測試（BET）l(4)掃描電子顯微鏡觀察(SEM)l(5)透射電子顯微鏡觀察(TEM)方案方案 產(chǎn)品表征產(chǎn)品表征 將摻雜改性后的TiO2用于飲用水中三價砷的消除，對催化材料的光催化活性進行進一步研究。方案方案 催化應(yīng)用催化應(yīng)用1 1 摻雜過渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在紫外光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實使TiO2的電子-空穴的復(fù)合幾率降低。2 2 摻雜過渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在可見光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實使TiO2的禁帶變窄。3 3 同一金屬的摻雜，因摻雜含量的不同而催化能力大不相同，

10、即存在最佳元素配比。4 4 同一金屬的摻雜，因煅燒溫度的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒溫度。5 5 同一金屬的摻雜，因煅燒時間的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒時間。預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果6 6 同等條件下，Cu、Zn、Fe的摻雜催化效率明顯不同，即證實不同過渡金屬的摻雜對催化效率的影響很大。7 7 摻雜非金屬后形成的金屬-非金屬-TiO2催化劑比單純非金屬-TiO2的催化能力成倍提高，即證實金屬-非金屬-TiO2復(fù)合體系中存在協(xié)同作用。（選作）8 8 通過催化氧化，使飲用水中三價砷的含量大大降低，即證實該催化劑對解決水污染問題確實有幫助。9 9 嘗試采用第一性原理計算方法，計算出摻雜

11、TiO2的基態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)，從理論上探討摻雜對TiO2光催化活性的的影響。（選作）預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果進度安排進度安排1 馬春蕾. 二氧化鈦光催化氧化技術(shù)的研究進展J.遼寧化工，2010，39(9)：968-971 2 王九思，張鵬會. 金屬和非金屬共摻雜TiO2催化劑光催化活性研究J.化工新型材料，2010，38(2)：79-813 易均輝，莫惠媚，易靈紅，白永慶.金屬離子摻雜改性TiO2的研究進展及應(yīng)用J.2011,40(8):35-384 WANG Ping, XU Ying. Development of Nano-TiO2 Doped by Metals and Application

12、s to Environment Friendly MaterialsJ. ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI,2007,46 Sup:54-555 SANG Yan ,YOU Jia-hui ,GENG Bao-you.Study on the Photocatalytic Activity of Metal Ions-doped TiO2 CatalystsJ. Journal of Anhui Normal Universit y (Natural Science),2009,32(2):142-1476 XIAO J

13、un-xia ,WEI Chao-hai,HU Ji-jie,WU Chao-fei. An Investigation on Photocatalytic Activities of the First Transition Metal Ions Doped TiO2 NanoparticlesJ. Natural Science Journal of Xiangtan University,2008,30(1):73-78參考文獻及閱讀材料參考文獻及閱讀材料7 鈕金芬,姚秉華，魏佳，余曉皎. Ag AgCl 等離子體負載 TiO2光催化劑的制備及對氯霉素的降解研究J.西安理工大學(xué)學(xué)報，2011，27（4）：451-4558 董俊明,陳曉陽.GeO2改性TiO2催化超聲降解活性紅（M-3BE）染料廢水的應(yīng)用研究J.環(huán)境工程學(xué)報，2011，5（10）：2293-22979 張偉,彭紹琴,李越湘,呂功煊,李樹本.Rose be