燕山大学化工开题报告

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1、燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：TiO2-石墨烯复合材料的制备及光催化性能的研究学院（系）：里仁学院年级专业：08级化工一班学生姓名：指导教师：完成日期：2012年3月13日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义众所周知，印染、化工、制药、造纸、冶金等行业废水中含有的大量有机污染物严重威胁着自然生态环境。目前降解水中有机污染物的污水处理技术主要有液膜分离法[1]、气液两相放电法[2]、生物化学法[3]、高级氧化法[4]、颗粒活性炭法[5]等，成本过高及二次污染等问题一直困扰着人们，因此开发一种新型绿色环保价格低廉的新技术

2、就显的尤为重要[6]。半导体材料具有半导体材料具有特殊高效的光催化性能，可将光能转化为化学能，在环境保护尤其是废水处理方面具有广泛的应用前景。在众多半导体材料中，TiO2由于其具有催化活性好、稳定性强、无毒等优点，成为研究的热点1976年，Carey等人[7]报道了在紫外光照射下，纳米TiO2可使多氯联苯脱氯。这项开拓性的工作为光催化在降解水中污染物方面的发展奠定了一定的基础。l987年，Mattews等人[8]利用TiO2对水中3、4种有机污染物进行处理，发现最终产物是CO2和H2O等小分子物质。至今，人们已经发现有3000多种难降解的有机化合

3、物可以在紫外光照射下被TiO2迅速降解，尤其是在对高浓度和难生化降解的有机物废水的处理方面，这种光催化降解技术具有更加明显的优势[9]。TiO2是一种宽带隙半导体(3．2eV，anatase)。只吸收紫外光，而紫外光在太阳光中只占很少一部分所以改善TiO2,半导体材料在可见光区域的吸收可提高其光催化活性。掺杂是提高TiO2，在可见光区域的吸收以及光催化活性的有效途径之一。其中非金属掺杂如C、N、S等的掺杂均有报道。这些掺杂离子进入锐钛矿型TiO2晶格，占据氧位置，或成为间隙离子，降低带隙宽度，或形成杂质能级，使掺杂后TiO2的光吸收扩展至可见光区

4、域。影响TiO2光催化活性的另一个重要因素是光生电子-空穴的复合，由于光激发TiO2产生的电子空穴对极易复合，所以降低光生载流子的复合也可以提高TiO2光催化效率。研究发现，半导体材料如（CdS）等与TiO2复合或者贵金属纳米颗粒修饰也可以提高光生载流子分离效率及光吸收率从而提高TiO2光催化效率[10]。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题石墨烯是由碳原子通过sp2杂化构成的单层蜂窝状二维网格结构[11],由于石墨烯优异的电学、光学和机械性能，以及石墨烯广泛的应用前景，石墨烯的发现者Geim教授和Novoselov博士被授予2010年度诺贝尔奖

5、[12]。石墨烯的发现对当时的物理认知产生了巨大冲击同时点燃了希望,作为一种独特的二维晶体，石墨烯有着非常优异的性能：具有超大的比表面积理论值为2630m2/g[13]机械性能优异杨氏模量达1.0TPa[14]热导率5300Wm-1K-1是铜热导率的10多倍几乎完全透明对光只有2.3%的吸收在电和磁性能方面具有很多奇特的性质如室温量子霍尔效应[15-16]双极性电场效应铁磁性、超导性及高的电子迁移率这些优异的性质使得石墨烯在晶体管太阳能电池、传感器、超级电容器、场发射和催化剂载体等领域有着良好的应用前景制备高质量的石墨烯和促进石墨烯的应用是石墨烯

6、领域的研究热点[17]。目前，国内外石墨烯的主要制备方法有机械劈裂法、外延晶体生长法、化学气相沉积法、氧化石墨的热膨胀和还原方法。还有其它一些制备方法也陆续被开发出来，如气相等离子体生长技术，静电沉积法和高温高压合成法等。其中氧化石墨还原法制备的石墨烯成本较低，最有可能实现石墨烯规模化制备。这种方法得到的为石墨烯氧化物(GO),还需要进一步还原才能得到石墨烯。通常使用化学方法，如肼或者硼氢化钠使石墨烯还原，而这种方法向溶液中引入了杂离子，并有较大毒性，不利于石墨烯的进一步应用。我们拟采用TiO2光催化还原石墨烯氧化物，得到一种TiO2-石墨烯复合

7、纳米材料，再以此为光催化剂，来降解有机污染物。前面讲过，石墨烯具有非常良好的导电性，TiO2光照后产生的光生电子会转移到石墨烯上，从而提高电子和空穴的分离，进而提高TiO2的光催化活性。本实验主要是想要探索将石墨烯与二氧化钛复合后产生的复合材料对于有机物光降解的效果。三、研究步骤、方法及措施本实验采用Hummers方法制得氧化石墨烯再用TiO2水溶胶将其还原得到复合的材料在进行表征最后进行降解有机物性能研究。1.先将天然石墨用Hummers方法[18]氧化成氧化石墨2.TiO2纳米材料溶胶凝胶法的制备溶胶—凝胶法一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料加

8、入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的无色透明水溶胶[19]。1.将上述制得的原料以一定比例在超声下混合均匀，在进行光催化