《创新实验书》doc版.doc

浙江工商大学学生创新项目申 请 书 项目名称 ：BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料及其光催化性能研究 主持人姓名 ： 钟振宇 主持人学院 ： 环境科学与工程学院 联系电话 ：662943） 合 作 人 ：姓名 张雪杨 学院 环境科学与工程学院 姓名 戴世麒 学院 环境科学与工程学院 姓名 应青松 学院 环境科学与工程学院 姓名 学院 姓名 学院 填表日期： 2014 年04月10日一、 基本情况项目简况项目名称BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料及其光催化性能研究项目类别（打 ）A 研究类 B 创业类 C 发明类 D 开发类 E 创作类 F 提案类 G 其他类起止年月2014年6月至2015年6月申请资助类别（打 ）A 一般项目B 重点项目项目主持人情况姓 名钟振宇性别男出生年月1993.08.16所在学院环境科学与工程学院班级环境类1201电662943）电子邮箱65461132参加过的主要活动情况（时间、活动内容、获奖情况等）：2013年5月至2014年4月主持希望杯创业竞赛星洋海水淡化，获校一等奖并进入省赛2013年12月至今参与省级新苗人才科技创新项目Ag纳米粒子/碳纳米管复合材料的制备项目参与人姓名张雪杨学院环境科学与工程学院班级环境1203姓名戴世麒学院环境科学与工程学院班级给排水1301姓名应青松学院环境科学与工程学院班级环境1301姓名学院班级姓名学院班级二、立项依据（项目意义、现状分析）1项目意义随着全球性环境恶化问题日益突出，对环境污染的有效控制与治理已成为世界各国政府所面临和解决的重大问题。许多新的技术被尝试应用于环境污染的治理，半导体光催化技术就是其中之一。在以往的光催化研究过程中，TiO2研究最为广泛，但其只对紫外光有影响。从充分利用太阳光的角度出发，制备一种在可见光下有光催化活性的催化剂具有极其重大的现实意义。目前，领域内较为关注TiO2/石墨烯二元催化剂在光催化方面的价值，对BiVO4-TiO2/石墨烯三元复合材料光催化性的研究较少，本项目将具有一定的耐酸碱性和化学稳定性材料BiVO4掺杂到TiO2上来改善TiO2 的光催化性能,，一方面，可解决TiO2薄膜材料吸附能力较差, 与反应物的接触不够充分,导致催化活性不高的问题；另一方面,可改善TiO2光催化剂存在光量子效率较低和反应速率较慢等缺陷。此外，将BiVO4 /TiO2负载到石墨烯表面的研究，即是对石墨烯功能化的进一步研究，完善了石墨烯功能化理论体系，提供了制备具有优异催化性能BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料调控规律、制备条件，作为实践依据，进一步拓展了其应用领域，推进了石墨烯工业化的进程，具有较为广阔的应用前景2现状分析研究发现BiVO4掺杂体系的光催化活性要高于纯BiVO4 ，并且更稳定，不易复合，从而增强其光催化性能。目前，将BiVO4-TiO2负载到石墨烯表面的研究多基于液相还原法，但其中大部分的制备过程不可避免地引入了生物毒性和环境危害试剂（如硼氢化钠、甲醛、对苯二酚等）或是在强腐蚀性的条件下进行。本项目以氧化石墨烯、硝酸铋、钒酸铵、钛酸丁酯作为主要原料，拟采用绿色、环保、简便的方法制备BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料，并对其性状结构进行表征，对其催化性进行测试，对该复合材料实际应用有着积极的促进作用。BiVO4作为半导体光催化材料，可以利用太阳光催化，具有无毒稳定性好等优，是一种性能优良的新环保型半导体催化剂，有着广阔的应用前景。参考文献：1 Mirsattari S M, Hammond R R, Sharpe M D, et al. Myoclonic status epilepticus following repeated oral ingestion of colloidal silverJ. Neurology, 2004, 62(8):1408-1410.2 Beranek R, Hildebrand H, Schnuki P. Electrochem. Solid State Lett. 2013, 6: B12 B143 Ravelli D, Dondi D, Fagnoni M, Albini A. Photocatalysis. A multi-faceted concept for green chemistryJ. Chem Soc Rev, 2009, 38: 199920114李跃军,曹铁平,王长华, 邵长路. 原位水热合成SrTiO_3/TiO_2复合纳米纤维及光催化性能J.高等学校化学学报,2011,32(4),822827.5 李旦振,付贤智.具有高活性宽光谱响应的新型光催化材料J.中国科学,2012,42(4) : 415-432.6 张毓芳,张正国,方晓明. TiO2一维纳米材料及其纳米结构的合成J. 化学进展,2007,19(4).7 胡耀娟, 金娟, 张卉, 等. 石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用J. 物理化学学报, 2010, 26(8):2073-2086.8 袁小亚. 石墨烯的制备研究进展J. 无机材料学报, 2011, 26(6):561-570.9 吕鹏, 冯奕钰, 张学全, 等. 功能化石墨烯的应用研究新进展J. 中国科学, 2010, 40(11):1247-1256.10 陈颖，李慧，赵连成，等.水热合成纳米钒酸铋的制备及表征J,材料导报B,2011，25(9):23-2611 郭佳，朱毅，张渊明不同结构形貌BiVO4的水热制备及可见光催化性能J无机材料学报，2012，27(1)：26-3212 张妍，于建强，工藤昭彦，等. BiVO4-MCM-41 复合催化剂的制备及其对亚甲基蓝降解的光催化活性J. 催化学报，2008，29（7）：624-628.三、项目实施方案、实施计划及可行性分析（按项目内容、目标、拟解决的关键问题、实施方案、具体实施计划和可行性分别详细填写）1.项目内容：（1）GO的制备一定温度下将石墨粉在搅拌下缓慢加入到盛有浓硫酸的大烧杯中，再缓慢加入NaNO3和KMnO4后将烧杯放入恒温水浴中，搅拌再缓慢加入去离子水稀释，加入H2O2并过滤，用盐酸洗涤滤饼，在真空干燥箱中后得到氧化程度较低的石墨烯(记为L-GO)，密封保存。改变KMnO4的用量，其余步骤同上，得到氧化程度不同的石墨烯(分别记为M-GO和H-GO)，密封保存。（2）BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的制备采用改进的Hummers 法制备氧化石墨，将氧化石墨粉末分散去离子水中，超声剥离得到氧化石墨烯( GO) 分散液；同时将硝酸铋，偏硝酸和钒酸铵分别在等体积乙醇中搅拌，混合至石墨烯分散液；另取一定配比的酞酸丁酯和三乙醇胺搅拌，混合至石墨烯分散液，加入一定量体积氨水，调节PH为碱性，转移至水热釜中进行水热反应。将所得产物离心分离，用去离子水，丙酮洗涤，将所得产物置于一定温度下真空干燥，得到BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料。改变反应物配比，其余步骤同上，得到配比不同的复合材料A（i）改变溶液的PH，其余步骤同上，得到PH不同的复合材料B（i）改变反应时间，其余步骤同上，得到不同的复合材料C（i）改变陈化温度，其余步骤同上，得到不同的复合材料D（i）（3）BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的表征使用紫外-可见分光光度计测定分散液的吸光度；使用X 射线衍射仪测定样品的物相表征；使用傅里叶变换红外光谱测定样品的红外光谱；使用透射电子显微镜样品表面形貌。（4）BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能研究取一定浓度苯酚溶液, 倒入自制的圆柱形光反应器中, 分别用不同条件下制得的BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料进行光催化降解。 以125W 高压汞灯为光源, 其最强辐射波长为315 nm, 光程为3 cm。 反应过程中需磁力搅拌、曝气和循环水冷凝, 以便控制体系温度为25。在光照的过程中定时取样、萃取、浓缩富集后进行GC-MS分析.改变苯酚浓度，催化剂浓度，PH值以得到最佳光催化效果。2.目标：获得具有优异光催化性能的BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料3.拟解决的关键问题：(1)获得优异光催化性能BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的制备条件(2)获得优异光催化性能BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的调控规律。(3)实验条件的控制以及选取合适方法测定评价指标：实验的四大部分相辅相成水热合成法的制备条件，如试剂浓度、试剂配比、PH、反应温度和时间的变化，将直接影响产物的结构、性状，从而导致BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料性能的变化，而这对能否得到光催化性能优异的复合材料又是极其关键的影响因素。实验内容评价指标控制条件氧化石墨粉制备氧化石墨烯氧化程度KMnO4的用量、温度、PH水热合成法制备BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料产物性状反应时间、温度、PH等制备条件，试剂浓度、配比BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的结构表征性状光谱干扰因素排除，测定设备、测定范围合理选择BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料光催化性能研究催化效率干扰因素排除，BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料浓度调控，反应物浓度调控，时间控制(4)选择合适的方法和仪器对指标进行测定，以保证测定结果的准确度。(5)组员任务的分配与合作：溶剂配制过程及条件严格控制，水热合成法高压锅的安全使用，需要加强合作才能得到合理可靠的实验结果。4.实施方案：BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料料BiVO4-TiO2/石墨烯复合物的性状表征BiVO4-TiO2/石墨烯复合物催化性能研究物相表征：X 射线衍射仪吸光度：紫外-可见分光光度计催化效率：降解的苯酚量红外光谱：傅里叶变换红外光谱表面形貌：透射电子显微镜氧化石墨烯（GO）辅助水热合成法改变反应物配比,PH,温度，反应时间氧化石墨粉末改进的Hummers法不同浓度的KMnO45.具体实施计划：(1) 2014年05月-2014年06月 氧化石墨烯的制备一定温度下将石墨粉在搅拌下缓慢加入到盛有浓硫酸的大烧杯中，再缓慢加入NaNO3和KMnO4后将烧杯放入恒温水浴中，搅拌再缓慢加入去离子水稀释，并加入H2O2过滤，用盐酸洗涤滤饼，在真空干燥箱中后得到氧化程度较低的石墨烯(记为L-GO)，密封保存。(2) 2014年06月-2014年08月 BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的制备采用改进的Hummers 法制备氧化石墨，将氧化石墨粉末分散去离子水中，超声剥离得到氧化石墨烯( GO) 分散液；同时将硝酸铋和偏硝酸分别在等体积乙醇中搅拌，混合至石墨烯分散液；另取一定配比的酞酸丁酯和三乙醇胺搅拌，混合至石墨烯分散液，加入一定量体积氨水，调节PH为碱性，转移至水热釜中进行水热反应。将所得产物离心分离，用去离子水，丙酮洗涤，将所得产物置于一定温度下真空干燥，得到BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料。(3) 2014年08月-2014年11月 BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的结构表征使用紫外-可见分光光度计测定分散液的吸光度；使用X射线衍射仪测定样品的物相表征；使用傅里叶变换红外光谱测定样品的红外光谱；使用透射电子显微镜样品表面形貌。(4) 2014年11月-2015年02月BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料光催化性能研究通过研究苯酚在不同质量浓度BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料中分解的速率。同时再次改变苯酚浓度，PH，等条件测试在BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料中分解的速率。(5) 2014年02月-2014年06月 数据处理、论文写作与发表 对实验各阶段的数据进行整理，绘制曲线，进行分析讨论，将其与相关文献对比，最终将结果以论文形式展现。6.可行性：(1)该项目所具备基础： 采用氧化石墨以改进的Hummers法制备氧化石墨烯，已经大量文献验证。 在石墨烯的功能化研究中，金属纳米粒子/石墨烯复合材料被广泛关注，已有一定发展基础，虽然BiVO4-TiO2/石墨烯复合研究较少，但金属如Ag，Mn，Co， Sn氧化物，CdS等与石墨烯复合的众多成功案例，对本项目中BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料中分解的速率复合研究有着极其重要的借鉴作用，从侧面体现了其可行性。 TiO2/石墨烯，BiVO4-TiO2复合材料成功合成，在光催化领域取得不错的应用，从大量文献中可验证其催化效果。 采用水热合成法可得到形貌和大小可控的超细粉体, 该粉体具有晶粒发育完整、晶粒粒径小且分布均匀、无聚团、不需煅烧等优点. 项目组主要成员专业背景为环境科学与工程领域本科生，指导老师经验丰富，从事环境科学与工程、化学工程及高分子膜等相关学科及其交叉领域的研究，在膜科学与技术、化工学报、分析化学等期刊发表优秀论文多篇。 申请人所在单位具备项目所需实验仪器设备如可见分光光度计、紫外-可见分光光度计、X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱等，且所有设备运转正常。 项目组成员对溶剂调配、复合材料制备等方面具有一定实践经验，并进行了广泛的资料收集。此外，对有关实验仪器也有操作经验，这些都为申请项目的顺利完成奠定了扎实基础。（2） 项目的市场前景分析与常见的金属/无机复合材料制备方法相比，本项目采用的水热合成法，使用较为环保的原料，大大地减轻了制备过程造成二次污染的可能性，更有利于经济环境的可持续发展。对BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料的研究，即是对石墨烯功能化的进一步研究，完善了石墨烯功能化理论体系，提供了制备具有优异光催化性能BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料调控规律、制备条件，作为实践依据，进一步拓展了其应用领域，推进了石墨烯工业化的进程，具有较为广阔的应用前景。由于含苯酚的废水是一种来源广泛且污染严重的污染物, 广泛存在于钢铁、石油化工、塑料、合成纤维及城市煤气等行业的废水中,本项目的催化剂针对于含苯酚污水的处理具有重大意义。四、项目预期成果和形式预期成果： 1.获得具有优异光催化性的BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料；2.对具有优异光催化性能的BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料进行结构表征，整理分析数据，归纳总结出调控规律与最佳制备条件；3.提供BiVO4-TiO2/石墨烯复合材料抗光催化能研究结果，得到最佳光催化剂浓度。形 式：1.撰写研究成果报告一份；2.申请一项专利；3.发表一篇论文。五、本项目的特色与创新之处1.特色 与传统制备方法相比，本项目采用的水热合成法，使用较为环保的原料，大大地减轻了制备过程造成二次污染的可能性，更有利于经济环境的可持续发展。2.创新目前，在石墨烯的功能化研究中，石墨烯/金属纳米粒子复合材料以优越性能和潜在应用得到了广泛关注。BiVO4-TiO2，TiO2/石墨烯等二元复合材料正运用于催化剂。本项目大胆采用BiVO4-TiO2/石墨烯三元复合材料，以石墨烯来修饰BiVO4-TiO2，加快BiVO4-TiO2催化时电子转移量，从而加快催化速度，增强催化效率六、经费预算支出科目金额（元）计算根据及理由实验材料费1600实验所需试剂以及其他材料的购买论文发表版面费600论文发表等打印费300相关资料的复印、打印交通费100外出购买材料经费总预算2600七、指导教师信息（若聘请全程指导教师时必须填写）导师姓名吴礼光职称研究员学位博士教龄8联系电672138）电子邮箱近两年导师