化學大創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書

編號：哈爾濱工業(yè)大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書靈項目名稱：疑以二氧化鈦釘納米管作為蛇微反應器層昌結(jié)層自組裝堡復合膜層及展光催化性能劇研究割申請福級別：晚么國家級懼繩階（懶國家級絕、校級、院娛系級）印執(zhí)行時間：雖莫2023塵雖年秩腿9勾挖月至謙湯2023矮和年墨9悉麻月敢負責人：竭陳斌威學號織：訓11014館20320偏聯(lián)系：怎13613慚66759天3標電子郵箱：拔hgxy3搞cb@13甚6宣院系及專業(yè)坐：踏化工學院化究學工藝系璃指導教師：絮姜兆華離職稱：或教授改聯(lián)系：狠13945胸04935硬2戲電子郵箱：傭懶jiang澆zhaoh忠ua@hi宏毛丸院系及專業(yè)螺：器運化工學院化堂學工藝系童哈爾濱工業(yè)船大學教務處釋制表驗填表日期：累誓2023量年宋6鼓月乖19針日遭項目名稱：羊電以二氧化鈦躺納米管作為掀微反應器層奸結(jié)層自組裝義復合膜層及輔光催化性能秧研究醉默傅禾庫頭申請經(jīng)錢費：訂屢10000任因當元獎一、慨課題組成員夕：再（包括項目茂負責人、按浴順序）蜂姓名姑性別望所在院繁年級權(quán)學號棉身份證號肯本人簽字拍陳斌閥男村化工學院湊10級定11014割20320拋61040焰21992閱01187皺510疏胡車瘋男繳化工學院柏10級蜘11014西20237宏二、指導教友師意見：房該小組成員厭對科學實驗閣有濃厚的興腥趣，并且該呼小組成員均屆有強烈的創(chuàng)臣新和實踐意熔識。相信通渡過此次科技嗽創(chuàng)新活動能澡培養(yǎng)該小組斷成員的動手扭能力、獨立挎解決問題的跳能力以及團尚結(jié)協(xié)作精神殃。禍償陵尋木宰吹即游簽慰名：據(jù)悠年適月此日萬三、請院（系）專阻家組意見：室蓮亞奇帳漿狂待深慘判組長簽名：運沙濱煎（蓋縱章）芽天晝噸瑞萌攻徐初鋼識蘭犁年檢月賽日購四、學校專獲家組意見：厲嗓躲倘搞能征孝碼辜伴批準經(jīng)費：錄周限元孔董脅繳率組長簽名績：旺辮評魚（蓋繞章）者姑活嫁推險炮青勇恐處卷騾年計月置繭日灣五、鍋立項報告盜1、項目簡車介盞以二氧化鈦成納米管作為池納米容器，鮮通過在其中和裝入更小的毫無機、有機摟金屬或磁性聰納米粒子擴民展了TiO轎2繩納米管在各慕個領(lǐng)域中的硬應用。近年婦來發(fā)展起來筐的層結(jié)層自冷組裝技術(shù)可摸以在不同物予質(zhì)表面通過沖引入功能基王團及誘導功佛能基團取向宿，戶實現(xiàn)不同分易子間楚特殊形態(tài)與隆結(jié)構(gòu)的組裝帶體可以使其綱具有一定的輝結(jié)構(gòu)和功能舅。通過層結(jié)曬層自組裝技色術(shù)在二氧化吃鈦納米管內(nèi)驢部和表面交宗替沉積形貌游和尺寸可控快多層膜備還之未見報道，訪故我們課題里小組將嘗試帶陽極氧化技后術(shù)與層結(jié)層掠復合技術(shù)在忠純鈦表面制破備高催化活別性的膜層。柄本項目主要稿的研究內(nèi)容薦為：1）陽曾極氧化技術(shù)占處理鈦合金喝得到二氧化柱鈦納米管陣凝列。2）以渣二氧化鈦納壁米管為容器嘴，利用層接貴層技術(shù)在納縮米管上構(gòu)建統(tǒng)多層膜。贊并用掃描電塊子顯微鏡、發(fā)X射線衍射喇儀、拉曼光霉譜儀等測其旺組成結(jié)構(gòu)；全（3）通過呆紫外可見漫傷反射測試方你法考察膜層遼的光學性能膀、并通過5楚00w氙燈高照射射衡量于膜層的光催犯化活性。間2、申請理焰由疤陸2.1李團隊自身對昏光催化材料副很感興趣狹，希望通過邁科創(chuàng)這個平氣臺來鍛煉和安展示自己羽。厭2.2功成員的學習參成績優(yōu)秀，溪基礎(chǔ)知識扎膏實。解2.3守我們認為漸科創(chuàng)活動州對我們以后遭的學習有促創(chuàng)進作用，還豪可以鍛煉我服們的動手能袋力和解決問洲題的能力，謝鞏固我們所欺學知識，促丈進我們學習性新的理論，村提高我們的美創(chuàng)新能力，壩讓我們在走專出校門后更勺好的適應社價會。容3、立項背墓景冰太陽能作為手一種潔凈的票新能源，具忙有取之不盡山、用之不竭仆、又不會造桃成任何污染新的優(yōu)點。江自絞1972代年日本學者塞Fuji全shima鋤和話Honda疲發(fā)表二氧化涂鈦愛TiO忘2得吧電極上光分敵解水的研究則以來，二氧遞化鈦作為一油種重要的半聚導體材料（獲學性質(zhì)穩(wěn)定甘，價廉良，伍望無毒），被泥廣泛的應用刻與光催化降傅解有機物和炭光分解水制鞠氫領(lǐng)域。騰尤其隨著納繪米技術(shù)與材饞料科學的緊綿密結(jié)合，制泡備具有特定鄰形態(tài)和功能德的納米結(jié)構(gòu)看TiO半2腹再次成為材線料領(lǐng)域最基辟礎(chǔ)、最活躍牽的研究內(nèi)容扔之一，也是辜實施煤TiO甘2今納米功能材困料性質(zhì)研究賓與技術(shù)開發(fā)無的前提。利辱用納米材料情獨特的小尺濕寸效應、表賠面效應、量警子尺寸效應偽等物理化學豈特性，研究六納米諷TiO噴2監(jiān)在光催化制銀氫方面引起愁科學界的關(guān)啄注。對于粉經(jīng)體叛TiO齒2提來說，存在侮分離、回收刪困難等問題名，而以太陽堅光作為光源傳時，由于只婆有占太陽光貧能量很少一幻部分相(<5%)納的紫外光才悲能直接激發(fā)喚TiO盡2憐，效率很低收。這些因素雹限制了曬TiO爆2虎光催化技術(shù)邊的工業(yè)化應莊用。因此，提如何提高辰TiO讀2碼可見光催化公活性以及實亦現(xiàn)宋TiO總2姜的固定化是代光催化研究勒領(lǐng)域最具挑屑戰(zhàn)性的兩大盯課題。饒陽極氧化法屯是近十年發(fā)浴展起來的一業(yè)種制備森TiO陸2貌納米管陣列巴的新技術(shù)，沫可在鈦表面且原位生長懸TiO泛2驗納米薄膜，暮在含有不同魔成分的鈦合列金上通過調(diào)休控電解液的什組成、施加梅電壓，和反記應時間可以缸制備出不同彼結(jié)構(gòu)的峽TiO沃2賺納米管，實手現(xiàn)了竭TiO涼2劍的固定化和演納米化，并犯且通過離子膨摻雜改性、校負載重金屬施、半導體耦死合等方法來橡提高掉TiO龍2蠢可見光的催異化活性。與竊TiO朋2跨納米顆粒多獵孔膜相比，搬有序排列的造TiO階2酷納米管陣列報具有明顯的俘量子限域效伴應、高度有特序取向結(jié)構(gòu)惠和大的比表境面積，能有佩效地提高電浙子壁-槍空穴的界面剛分離和載流棋子的定向傳儉輸效率，使盼其在光催化掙還原制氫技這術(shù)領(lǐng)域有著短重要的應用給前景。滿與跪TiO溫2塊納米顆粒多癥孔膜相比，建有序排列的濤TiO罵2天納米管陣列賴具有明顯的牙量子限域效背應、高度有徐序取向結(jié)構(gòu)東和大的比表街面積，能有經(jīng)效地提高電召子橡-投空穴的界面障分離和載流惱子的定向傳哪輸效率，特盲別表面的開薯孔結(jié)構(gòu)和孔色內(nèi)的空間使拐得納米粒子復容易與其表燭面結(jié)合。此絹外，當具有班比二氧化鈦崗禁帶能級高嫌的半導體與陰其耦合時，雖在兩者間會接發(fā)生有效的飛電子傳輸，腎減少光生電述子荒-咬空穴對的復哀合幾率，提攔高光催化劑底的催化效率揉。因此，二射氧化鈦納米優(yōu)管陣列也可悟以作為一種料很好的載體組材料。塵目前，人們濕致力于以二逆氧化鈦納米催管作為納米植容器，通過席在其中裝入礙更小的無機榮、有機金屬逢或磁性納米隔粒子來擴展我TiO腦2銅納米管在各挖個領(lǐng)域中的派應用。其方刃法包括角1譯）電化學沉謠積方法。抖2震）紫外光照祖氧化還原方榴法。蝴3信）磁控濺射駝方法?；?段）以有機分園子為媒介的栽鍵合方法。接5件）水熱合成避方法，株6蹲）氣相擴滲勢方法狠7銹）氫氣氣氛坡下煅燒還原搏方法。闊層結(jié)層抓（L-B-沃L）航自組裝方法關(guān)是奪基于分子的梯界面組裝實拌現(xiàn)的，一方快面界面上的恢分子在時間炊、空間上均田處于受限狀艱態(tài)，從而可積以方便地產(chǎn)澇生特殊形態(tài)你與結(jié)構(gòu)的組胸裝體；另一雅方面便于用精各種先進的慨表面、界面福手段進行表虜征及信息轉(zhuǎn)鑒換。在這種誤層殖-秋層自組裝超洽薄膜體系中尤，通過調(diào)節(jié)億膜厚、引入宏功能基團及舊誘導功能基議團取向，控任制表面性質(zhì)腔及界面擴散幅等方法可以重使其具有一件定的結(jié)構(gòu)和纏功能，進而渴研究結(jié)構(gòu)和列功能之間的晌關(guān)系，最終度實現(xiàn)由分子裹組裝構(gòu)筑功怪能器件。穿層結(jié)層（頓L爪-日B虜-宿L拿）哲技術(shù)制備功佩能薄膜材料差具有以下的接特點線:僅（1）她薄膜的制備騎方法簡單，積成膜速度快恭；學（2）澤制備復合膜年層材料來源冒廣泛閣，適用范圍涂廣，如帶電作荷的有機小伙分子、有機納/放無機范納米堆微粒、生物干分子惱等眼都可通過靜帥電沉積技術(shù)變來獲得宅復合裙薄膜煌材料庫；爆（3）鋒此制備技術(shù)毛對環(huán)境友好廟，伯所需煌儀器設(shè)備高簡單憶；熊（4）損成膜不受基滋底大小、形傍狀和種類的鈴限制，這一見特點使得多疼層膜的組裝側(cè)不僅可以在服平面基底上妻進行，也可至以在球形管竭甚至不規(guī)則端形狀的材料銀上進行崖；躲（5）枝制備的薄膜罩熱穩(wěn)定性及悉機械穩(wěn)定性震高詳；劑（6）慰特別適合于憂制備復合竊型慈薄膜。將相長關(guān)的構(gòu)筑基籍元按照一定膜順序進行組慧裝，可自由住地控制復合塊超膜的結(jié)構(gòu)頌、功能和膜確的厚度鉛，進而提高夾其應用價值計?；嫉抢脤玉{結(jié)層技術(shù)在耳TiO執(zhí)2貿(mào)納米管薄膜團上實現(xiàn)分子幸組裝構(gòu)筑功逝能器件的研流究還很少，寫因此，本課眨題在課題組伍前期研究的懇基礎(chǔ)上，利忍用層結(jié)層界（L-B-萄L）罵方法在二氧耽化鈦納米管烈陣列上構(gòu)建語形貌、尺寸型可控的金屬稠硫化物膜層應，提高二氧鑒化鈦納米管牌膜層的光分合解水催化制砍氫的性能。參考文獻栽4、項目方毛案元（醒1悶）擬采取的災研究方法、裳實驗方案缺本項目在課砌題組前題研刊究的基礎(chǔ)上賀，具體方案卸如下：勿1.迅陽極氧化法示制備二氧化盛鈦納米管陣肌列營在含潤F拔電解液中，術(shù)處理電壓店10-20槳V珍，恒壓承0.5-2鑼h坡陽極氧化反健應，在鈦合鴉金表面生成趕二氧化鈦納清米管陣列。默2.刻層結(jié)層方法名在二氧化鈦騙納米管上制漁備多層膜償（1）二氧陽化鈦納米管弟的表面預處屑理滔用蘸有乙醇創(chuàng)和氯仿的棉醋球清洗二氧恥化鈦納米管燭表面，以除塘去表面的有倆機物及其雜探質(zhì)。然后常崖溫氮氣保護失條件下，浸箱泡在30%架雙氧水徑溶液中厚，櫻用高壓汞燈你照射40m歇in，哪使其表面順產(chǎn)生大量的億Ti-OH令，用超純水邊洗滌數(shù)次，焦氮氣吹干備故用。袋（2）膜層和的自組裝甲將處理后的滔二氧化鈦納修米管陣列，判浸入0.1增molL瞇-1渴的聚烯丙胺爽鹽酸鹽（P姓AH）溶液各中10mi損n取出后，鋼超純水洗滌望數(shù)次，氮氣完吹干，這樣盒表面便形成扯了帶有正電益荷的PAH泉層，再將二至氧化鈦納米誘管陣列浸入始0.1mo色lL沒-1職的硝酸鎘（叨Cd（NO像3宅）奉2農(nóng)）溶液中1制0min，銳洗滌，吹干疤，如此反復歲交替吸附，演得到宗(逼TiO拒2賠/PAH/亡Cd瑞2+襖/)琴n聞，失實現(xiàn)了二氧遲化鈦納米管耀上的多層膜隱自組裝。引（3）多層侮膜的硫化處歌理安將制得的(喉TiO慢2炭/PAH/思Cd香2+漂/)戀n趟多層膜，浸容入0.1m好olL地-1書硫脲（NH蠢2乒CSNH獄2患）溶液嚷中，85枝℃妻水浴加熱遺2h秤，制得璃(輸TiO煉2戶/PAH/躍CdS/)黑n當多層膜。用（4）模板股劑的去除嶺將電制得側(cè)(稼TiO壺2碌/PAH/繩CdS/)誰n敘多層膜，于裕氮氣保護下明，500由℃月高溫焙燒1狡h。珍3蹲試樣的表征滋和性能測試鞋脾用掃描電鏡別（潑SEM肅），禮X-鮮射線衍射（爪XRD恐），走X礙射線光電子勉能譜（民XPS滋）拉曼光譜第儀等對膜層影的微觀形貌惰，物象和元侮素組成進行芒表征。競權(quán)利用紫外可搞見漫反射光但譜儀測試膜擦層的光學特叼性，用光電英壓譜測量系羅統(tǒng)考察膜層京的光伏特性香，用氣相色環(huán)譜儀評價膜舌層的光催化爹制氫性能?？尚行苑治鍪箨枠O氧化是舉一項非常成普熟的技術(shù)，篇通過調(diào)整電舉解液的濃度覽、電源參數(shù)漂和反應時間做實現(xiàn)不同管儀徑，管長及完壁厚的二氧贊化鈦陽極氧隙化膜的制備薪。層結(jié)層也壞是一項成熟晴的技術(shù)，雖邪然實驗所遇屋到的因素很菌多，但總體通上來講，實盾驗項目可行拜。冶5、特色與垂創(chuàng)新友（1）奴陽極氧化和獻層結(jié)層工藝獵兩種方法結(jié)駛合起來，以降二氧化鈦納姨米管做為竭微反應叫容器，構(gòu)建個不同形貌尺吩寸的金屬硫共化物復合膜慘層，并提高貧二氧化鈦納套米管膜層的括光催化分解上水的催化活等性。屢（2）層結(jié)樹層（L-B注-L）自組祝裝具有膜的討厚度可任意掏控制、對基想底形態(tài)無限坑制的特點，托可實現(xiàn)對沉謎積過程和膜配結(jié)構(gòu)的分子廳級控制，并訴且可實現(xiàn)層拾間分子對稱透或非對稱的變二維甚至三瓶維的超晶格際結(jié)構(gòu)，從而羽達到薄膜的構(gòu)光、電、磁忍、非線性光流學性等的功族能化。傳（紀3顏）研究光催慮化機理。狡6、進度安伙排達201臂1播-09——至201賭1映-10贈進一步查閱圈相關(guān)資料考嶼察項目方案獅的可行性，第確定項目方市案；購買相鵝關(guān)試劑、儀手器設(shè)備。躁201委1唱-10——鵝201狀2候-3通過素陽極氧化技禍術(shù)處理鈦基介材料，得到振一批樣本，紀并利用掃描駛電子顯微鏡交檢測得到的便樣本，選取懶膜層厚度及震致密度較好捷的樣本。蛇201繳2旅-3——2仿01抵2視-9通過曬層結(jié)層自組膛裝技術(shù)根據(jù)鑼確定的實驗股方案處理選呀取的樣本，瀉通過X射線賊衍射儀，拉歸曼光譜儀，綱確定定其化盡學組成，通