光催化原理及研究进展——开题报告.doc

开题报告论文题目 光催化原理及研究进展 学院 专业 年级 姓名 时间 指导老师 一， 研究目的、意义进入21世纪以来，全球面临能源危机和环境污染的严峻挑战，急需新材料来解决这些问题。作为新材料的代表，光催化剂诞生于20世纪70年代，目前已应用于环境净化，自清洁材料，光解水制氢、太阳能电池，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。光催化技术在常温、常压下就可以进行，能够彻底破坏有机或无机污染物，并使之完全、快速氧化为CO2、H2O等无害物质，避免了二次污染，从而达到净化环境的目的。目前，在众多的半导体光催化剂中，TiO2因其无毒、活性高和稳定等特点而被认为是比较理想的光催化剂之一。二， 国内外研究概况1972年，日本东京 大学Fujishima和Honda研究发现 ，利用TiO 单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧。这一开创性的工作标志着光电现象应用于光催化分解水制氢研究的全面启动。在过去30年里，人们在光催化材料开发与应用方面的研究取得了丰硕的成果。以TiO 为例，揭示了其晶体结构、表面羟基自由基以及氧缺陷对量子效率的影响机制；采用元素掺杂、复合半导体以及光敏化等手段拓展其光催化活性至可见光响应范围；通过在其表面沉积贵金属纳米颗粒可以提高电子一空穴对的分离效率，提高其光催化活性。以TiO 为载体的光催化技术已成功应用于废水处理、空气净化、自清洁表面、染料敏化太阳电池以及抗菌等多个领域。尽管人们对光催化现象的认知与应用取得了长足的进步，然而受认知手段与认知水平的限制，目前对光催化作用机理的研究成果仍不足以指导光催化技术的大规模工业化应用，亟待大力开展光催化基本原理研究工作以促进这一领域的发展。另一方面，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，依然是制约光催化材料应用的瓶颈。寻找和制备高量子效率光催化材料是实现光能转换的先决条件，也是光催化材料研究者所需要解决的首要任务之一。目前新型光催化材料开发方法主要集中在以下两个方面：一是对紫外光响应型宽带隙光催化材料的改性使其获得可见光响应；另一方面是通过材料设计的方法设计和开发可见光响应型光催化材料。拓展紫外光响应型半导体的光响应至可见光区的方法主要集中在元素掺杂改性、半导体复合与光敏化等方面。另外，通过材料设计的方法，从晶体结构、能带结构设计出发，采用理论设计与实验相结合的方法也可以获得具有可见光响应的光催化材料。三，研究方法与内容1，小组集体认真听取指导老师有关光催化技术的介绍，并在指导老师的讲解下了解光催化技术研究所需的一些仪器。2，各小组成员通过互联网查阅有关资料，如光催化技术的起源、原理、应用范例及研究方向，光催化剂的种类、优点与缺点，二氧化钛的光催化性质的缺点及改进方法，并定期以组会的方式进行交流。3，小组成员自愿到指导老师的实验室进行参观，实地学习了解进行光催化技术研究所需的各种仪器、实验的方法以及做研究所需的探索科学的精神。在师兄师姐做实验的时候，认真从旁观察，遇到不懂的地方向师兄师姐请教。4，小组成员根据近两周的研究经历撰写个人研究报告，总结研究成果。四，可能存在的问题 1，研究过程中会涉及到一些过于专业的知识，在理解的时候产生障碍。2，五、预期的结果 通过两周的研究、学习，小组成员均掌握了光催化技术的原理，了解了各种光催化剂的性质以及在各领域的应用，对光催化技术产生浓厚的兴趣。六、时间、进度安排1,6月19日，听取指导老师