科研開(kāi)題報(bào)告

CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY開(kāi)題報(bào)告論文題目：碳納米管/半導(dǎo)體復(fù)合材料光催化研究進(jìn)展高婷婷應(yīng)用化學(xué)高婷婷應(yīng)用化學(xué)學(xué)生姓名學(xué)院名稱專業(yè)名稱班級(jí)名稱學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師教師職稱學(xué)歷理學(xué)院0841

01、02馬戈

教授

大學(xué)本科2011年5月4日開(kāi)題報(bào)告一、選題依據(jù)1?研究目的及意義研究目的：碳納米管具有良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性、大面積以及獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)，與半導(dǎo)體光催化劑結(jié)合能增強(qiáng)催化劑的吸附能力、提高光催化效率、擴(kuò)展光影響的范圍，且有利于回收催化劑，極大地提高了半導(dǎo)體催化劑的綜合性能。研究意義：碳納米管與無(wú)機(jī)光催化劑相結(jié)合，碳納米管主要起生電子導(dǎo)體、吸附劑、光催化載體的作用，并能夠使催化劑更容易回收利用，廣泛的應(yīng)用于環(huán)境光催化領(lǐng)域。它可使水體污染得到降解：有機(jī)染料是水體污染中很難降解的物質(zhì)，多壁碳納米管/二氧化鈦納米管降解水體中的腐殖質(zhì)，加入MWCNTs后降解性能明顯增強(qiáng)。也可降解氣相污染。還可光解水制氫，提高產(chǎn)氫速率。同時(shí)大部分光催化劑在合適的光照下都可以作為抗菌劑，而碳納米管/復(fù)合材料光催化劑體現(xiàn)出絕佳的抗菌性能。還可提高催化效率?？梢?jiàn)無(wú)論在生活生產(chǎn)方面，碳納米管/光催化劑都在發(fā)揮著不可忽視的作用。2?研究?jī)?nèi)容所屬領(lǐng)域、研究范圍材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)3?調(diào)研資料綜述（包括國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀）光催化納米材料在降解化工廢水、農(nóng)藥廢水、染料廢水、含油廢水、造紙廢水等有機(jī)廢水和無(wú)機(jī)廢水、自來(lái)水凈化、大氣污染治理等方面的有廣泛的應(yīng)用，該材料在還可以自清潔涂料、光催化消毒劑、吸收紫外線等。［1］從已發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，目前基于半導(dǎo)體和碳納米管的復(fù)合材料主要集中于研究多壁碳納米管與TiO的復(fù)合，雖然從多個(gè)角度來(lái)看這種努力是有益的，然而其他半導(dǎo)體材料和碳納米管的結(jié)合，半導(dǎo)體與貴金屬和碳納米管三者的結(jié)合，完全有可能得到光催化性能能更好和更廣泛的應(yīng)用的催化劑，可是這方面的研究還比較少，值得你研究發(fā)掘。在所有光催化劑中最有實(shí)用意義的是TiO,它具有光催化活性高，廉價(jià)易得、無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗光腐蝕等優(yōu)點(diǎn)但是它只能吸收380nm以下的紫外光，量子效率低。⑵而碳納米管由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，大的比表面積，超強(qiáng)的機(jī)械性能而得到廣泛的關(guān)注。碳納米管的傳統(tǒng)的制備方法,主要有電弧放電法、CVD法、激光蒸發(fā)法，這兩年來(lái)獲得了很大的發(fā)展。Ka2nai等］在失重的條件下，通過(guò)電弧放電獲得了高產(chǎn)率的SWNTs。CNTs性質(zhì)由其直徑大小和螺旋度決定,因此生長(zhǎng)可控一直是碳納米管的制備研究的重要內(nèi)容。Takizawa等［7］采用電弧放電法，通過(guò)改變催化劑比例,可以控制產(chǎn)物SWNTs的直徑分布；Kiang［8］則通過(guò)增加催化劑促進(jìn)劑（Bi、S、Pb等），控制生長(zhǎng)出較大直徑的SWNTs。SWNTs取向生長(zhǎng)曾是CNTs制備研究的難點(diǎn)，最近已取得了突破性進(jìn)展,Chen等［9】通過(guò)外加交流電場(chǎng)方法，獲得了高度取向的SWNTs，他們發(fā)現(xiàn)SWNTs的取向主要是由電場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率決定的。目前催化裂解法的研究主要有兩個(gè)方向：制備SWNTs及CNTs列陣。在CVD方法成功地應(yīng)用于制備MWNTs的啟發(fā)下，目前人們?cè)噲D將該方法應(yīng)用于制備SWNTs,以期望獲得高質(zhì)量的SWNTsoLaurent、Colomer分別用MgO做載體，高溫裂解CH4可以獲得高產(chǎn)率的SWNTs。采用CVD方法制備CNTs陣列也取得了較大成果:解思深制備出高密度、高純度、高取向、大面積的碳納米管列陣；Cheal等采用兩步加熱技術(shù)，在較低的溫度下生長(zhǎng)出排列規(guī)整的碳納米管；Su用CVD方法制備出二維的SWNTs陣列;Dai等采用電場(chǎng)誘導(dǎo)制備出高度取向的SWNTs，該方法有可能實(shí)現(xiàn)直接在襯底上制備分子線或網(wǎng)絡(luò);筆者采用CVD方法首次制備出三維的碳納米管列陣，這對(duì)構(gòu)筑場(chǎng)發(fā)射器、納米電子器件等功能器件有著重要的意義，因此該成果一經(jīng)報(bào)道，立刻引起了國(guó)際同行的關(guān)注;筆者還制備出陣列規(guī)整、尺寸均勻的二維碳納米管陣列，并實(shí)現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)oDillon等通過(guò)改變激光脈沖強(qiáng)度，控制產(chǎn)物SWNTs的直徑。激光蒸發(fā)法雖然可以得到較高產(chǎn)率的SWNTs，但其成本太高并且產(chǎn)物雜質(zhì)多，分離提純難。該方法發(fā)展前途不大，這是近來(lái)文獻(xiàn)對(duì)激光蒸發(fā)法研究報(bào)道較少的主要原因。開(kāi)題報(bào)告半導(dǎo)體基納米復(fù)合材料光催化研究進(jìn)展：在一項(xiàng)長(zhǎng)期的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，CdSe納米晶和(CdSe)CdS復(fù)合材料承受連續(xù)的激光輻射，CdSe的光氧化導(dǎo)致許多光學(xué)特性的消失，而復(fù)合材料卻顯示很小的變化光穩(wěn)定性得到加強(qiáng)哪]?FeO-TiO:復(fù)合材料薄膜采用低壓MOCVD技術(shù)合成與凈氧化鐵的表面相比，可以提高不銹鋼的抗腐蝕性?最近,T.Tatsuma等人.制備了TIO一WO的不銹鋼涂層，在紫外光的激發(fā)下來(lái)抗腐蝕其原理在紫外光激發(fā)下半導(dǎo)體的價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，受激發(fā)的電子被注入到金屬中以抗腐蝕，而多余的電子被電子池接受WO涂層作為電子池，將電子以還原能的形式儲(chǔ)存起來(lái).當(dāng)紫外燈關(guān)閉后，儲(chǔ)存在電子池中的電子注入到金屬中，使其在黑暗中仍具有抗腐蝕的作用.因此，白天TiO:保護(hù)不銹鋼并使WO充電，晚上WO3放電保護(hù)不銹鋼，這種充電-放電過(guò)程是可重復(fù)的。⑶氣體放電光催化去除VOCs的實(shí)驗(yàn)研究：氣體放電等離子填充床反應(yīng)器與納米TiO2光催化劑相結(jié)合，以氣體在介質(zhì)表面放電產(chǎn)生的紫外線為光催化材料的驅(qū)動(dòng)力，將等離子與光催化兩種處理VOCs技術(shù)相結(jié)合提高反應(yīng)器的去除效率。實(shí)驗(yàn)證明這種氣體放電光催化處理VOCs的效果是明顯的，較無(wú)納米TiO2光催化涂層提高去除效率10%?17%。⑷四、參考資料于兵川(YuBC)，吳洪特(WuHT),張萬(wàn)中(ZhangWZ)，石油化工，2005,491-495ChenX,MaoSS,Chem.rev,2007,107:2891-2895劉揚(yáng)林(LiuYL).中國(guó)西部科技,