西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告

1、本科畢業(yè)論文開(kāi)題答辯報(bào)告本科畢業(yè)論文開(kāi)題答辯報(bào)告指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： XX XX演示者姓名：演示者姓名： XXXX演示文稿日期：演示文稿日期： XX XX引述引述項(xiàng)目主題：項(xiàng)目主題：TiOTiO2 2負(fù)載型催化劑的制備研究負(fù)載型催化劑的制備研究及光催化應(yīng)用及光催化應(yīng)用主題主題概述概述l研究背景l(fā)作用原理l制約條件l研究現(xiàn)狀l不足之處l改進(jìn)設(shè)計(jì)方案方案l實(shí)驗(yàn)流程圖l主要藥品l主要儀器l產(chǎn)品制備l產(chǎn)品表征l應(yīng)用設(shè)計(jì)預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果進(jìn)程安排進(jìn)程安排參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)致謝致謝匯報(bào)目錄匯報(bào)目錄 自從1972年日本Fujisima和Honda報(bào)道了TiO2電極上電解水現(xiàn)象后，半導(dǎo)體光催化引起了國(guó)際化學(xué)、物理

2、學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。納米半導(dǎo)體TiO2光催化技術(shù)具有低能耗、易操作、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，且有望利用太陽(yáng)能在有機(jī)合成，光解水，環(huán)境治理等領(lǐng)域得以應(yīng)用，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。概述概述 研究背景研究背景半導(dǎo)體材料之所以能夠作為催化劑，與它自身的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)。半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一般由低能價(jià)帶價(jià)帶和導(dǎo)帶導(dǎo)帶構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶價(jià)帶和導(dǎo)帶之間之間存在禁帶禁帶。當(dāng)能量大于或等于能隙的光子照射到半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體微粒吸收光子能量，價(jià)帶上的電子(e )就可以躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴(h+)，產(chǎn)生電子一電子一空穴對(duì)空穴對(duì),遷移到表面的光生電子和空穴既能參與加速光催化反應(yīng)，同時(shí)也存在著電子與空穴

3、復(fù)合的可能性。概述概述 作用原理作用原理 傳統(tǒng)的TiO2光催化技術(shù)以人工紫外光作為光源，成本昂貴，限制了光催化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，太陽(yáng)能是一種理想的廉價(jià)光源，但TiO2是寬禁帶(Eg=3.2eV)半導(dǎo)體化合物,只能利用波長(zhǎng)較短的太陽(yáng)光能(387nm)，而這部分紫外線只占到達(dá)地面太陽(yáng)光能的5%以下，太陽(yáng)能利用效率很低太陽(yáng)能利用效率很低。 另一方面，受光激發(fā)形成的空穴和電子易于復(fù)合空穴和電子易于復(fù)合，降低了光量子利用效率。因此縮短催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見(jiàn)光譜擴(kuò)展和抑制TiO2光生電子與空穴的復(fù)合是提高太陽(yáng)能利用率的技術(shù)關(guān)鍵。概述概述 制約條件制約條件目前針對(duì)TiO2光催化劑的改性研究主要包括

4、如下方面:表面貴金屬沉積，金屬離子摻雜，非金屬摻雜，染料敏化件、離子注入、引入氧空位以及半導(dǎo)體復(fù)合等等。在以上提高光催化性能方法中，TiO2離子摻雜因其效果佳、無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究，將是今后TiO2實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光催化的主要途徑。Ti02摻雜主要分為過(guò)渡金屬元素?fù)诫s、稀土元素?fù)诫s、非金屬元素?fù)诫s。概述概述 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 目前金屬離子摻雜研究，大都以光催化氧化反應(yīng)為探針對(duì)個(gè)別離子摻雜改性TiO2催化劑的光催化氧化性能進(jìn)行了研究，而對(duì)元素?fù)诫s后TiO2的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、比表面積和相變溫度等方面的研究還不全面，摻雜體系拓展吸收光譜的研究還很少，對(duì)第四周期摻雜離子的系統(tǒng)研究也不夠深入，對(duì)改性機(jī)制的

5、認(rèn)識(shí)也是眾說(shuō)紛紜。概述概述 不足之處不足之處 為進(jìn)一步研究驗(yàn)證金屬離子摻雜對(duì)TiO2的結(jié)構(gòu)、尺寸、光吸收性能和光催化性能等方面的影響，改善TiO2的光催化性能和適應(yīng)工業(yè)化的需要，增強(qiáng)TiO2可見(jiàn)光吸收和提高TiO2光催化效率，本實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法制備了過(guò)渡金屬第一過(guò)渡系Cu、Fe、Zn分別摻雜TiO2，在此基礎(chǔ)上嘗試制備非金屬-金屬-TiO2三元復(fù)合催化劑（S-Fe- TiO2），采用催化甲基橙的方式比較各組催化活性。概述概述 改進(jìn)設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì) 利用X一射線衍射(XRD)、紫外一可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)、比表面積測(cè)試、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等表征手段對(duì)部分產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究了TiO

6、2晶體結(jié)構(gòu)、光吸收性能，比表面積等性能。同時(shí)計(jì)劃制備泡沫鎳負(fù)載型Cu摻雜TiO2作為正極，碳棒作為負(fù)極，以三價(jià)砷為目標(biāo)氧化物，進(jìn)行光電催化實(shí)驗(yàn)，并采用溶出伏安法測(cè)試離子濃度，驗(yàn)證催化劑的催化活性作為其應(yīng)用。概述概述 改進(jìn)設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)流程圖實(shí)驗(yàn)流程圖方案方案研究相變溫度研究不同金屬摻雜后吸收光譜 主要藥品主要藥品方案方案藥品名稱(chēng)規(guī)格藥品名稱(chēng)規(guī)格鈦酸四丁酯(TBT) CP濃硝酸AR冰乙酸AR硝酸銅AR無(wú)水乙醇AR硝酸鋅AR吐溫-60AR硝酸鐵AR司班-60AR氧化砷AR甲基橙CR泡沫鎳AR 主要儀器主要儀器方案方案儀器儀器磁力溫控?cái)嚢杵鲯呙桦娮语@微鏡（SEM）pH玻璃電極氮?dú)馕?脫附自動(dòng)分

7、析儀（BET）馬弗爐紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-vis）電子天平紫外燈分光光度計(jì)直流穩(wěn)壓電源XRD衍射儀紅外線干燥器透射電子顯微鏡（TEM） 電化學(xué)工作站溶膠凝膠法溶膠凝膠法：該法制備過(guò)渡金屬摻雜納米Ti02主要以鈦酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)為主要原料。Ti(OC4H9)4在水中的溶解度很小，且水解活性很大，通常采用醇作溶劑，酸作抑制劑。試驗(yàn)采用無(wú)水乙醇作溶劑，硝酸作抑制劑。反應(yīng)歷程表示如下:方案方案 催化劑的制備及性能對(duì)比催化劑的制備及性能對(duì)比受水、催化劑、醇濃度等影響I、不同摻雜量的Cu- Ti02催化劑的制備II、不同焙燒溫度的Cu- Ti02催化劑的制備III、不同焙燒時(shí)間的Cu

8、-Ti02催化劑的制備IV、選用步驟I的方法，以上面的最佳配比，焙燒溫度和時(shí)間，制得Fe-Ti02，Zn-Ti02催化劑，進(jìn)行活性實(shí)驗(yàn)對(duì)比V、制備S-Ti02二元，S-Cu-Ti02三元催化劑，并進(jìn)行活性實(shí)驗(yàn)。（在時(shí)間充裕的條件下可選作）VI、光催化電極的制備方案方案 主要制備步驟主要制備步驟 對(duì)Fe、Cu、Zn-TiO2系列催化劑進(jìn)行紫外吸光實(shí)驗(yàn)與TiO2 的做對(duì)比，對(duì)在焙燒凝膠時(shí)使用一系列不同溫度制的的Cu-TiO2進(jìn)行XRD處理與TiO2 的做對(duì)比，對(duì)由最佳條件合成的催化劑做XRD、TEM、SEM、UV、BET與TiO2 的做對(duì)比。l(l)x射線粉末衍射儀(X-rayDifractfon

9、，XRD)l(2)紫外一可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-vis)l(3)比表面積測(cè)試（BET）l(4)掃描電子顯微鏡觀察(SEM)l(5)透射電子顯微鏡觀察(TEM)方案方案 產(chǎn)品表征產(chǎn)品表征 將摻雜改性后的TiO2用于飲用水中三價(jià)砷的消除，對(duì)催化材料的光催化活性進(jìn)行進(jìn)一步研究。方案方案 催化應(yīng)用催化應(yīng)用1 1 摻雜過(guò)渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在紫外光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實(shí)使TiO2的電子-空穴的復(fù)合幾率降低。2 2 摻雜過(guò)渡金屬后TiO2與未摻雜的催化劑在可見(jiàn)光下的催化效率明顯提高，即證明摻雜確實(shí)使TiO2的禁帶變窄。3 3 同一金屬的摻雜，因摻雜含量的不同而催化能力大不相同，

10、即存在最佳元素配比。4 4 同一金屬的摻雜，因煅燒溫度的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒溫度。5 5 同一金屬的摻雜，因煅燒時(shí)間的不同而催化能力大不相同，即存在臨界煅燒時(shí)間。預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果6 6 同等條件下，Cu、Zn、Fe的摻雜催化效率明顯不同，即證實(shí)不同過(guò)渡金屬的摻雜對(duì)催化效率的影響很大。7 7 摻雜非金屬后形成的金屬-非金屬-TiO2催化劑比單純非金屬-TiO2的催化能力成倍提高，即證實(shí)金屬-非金屬-TiO2復(fù)合體系中存在協(xié)同作用。（選作）8 8 通過(guò)催化氧化，使飲用水中三價(jià)砷的含量大大降低，即證實(shí)該催化劑對(duì)解決水污染問(wèn)題確實(shí)有幫助。9 9 嘗試采用第一性原理計(jì)算方法，計(jì)算出摻雜

11、TiO2的基態(tài)結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)，從理論上探討摻雜對(duì)TiO2光催化活性的的影響。（選作）預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果進(jìn)度安排進(jìn)度安排1 馬春蕾. 二氧化鈦光催化氧化技術(shù)的研究進(jìn)展J.遼寧化工，2010，39(9)：968-971 2 王九思，張鵬會(huì). 金屬和非金屬共摻雜TiO2催化劑光催化活性研究J.化工新型材料，2010，38(2)：79-813 易均輝，莫惠媚，易靈紅，白永慶.金屬離子摻雜改性TiO2的研究進(jìn)展及應(yīng)用J.2011,40(8):35-384 WANG Ping, XU Ying. Development of Nano-TiO2 Doped by Metals and Application

12、s to Environment Friendly MaterialsJ. ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI,2007,46 Sup:54-555 SANG Yan ,YOU Jia-hui ,GENG Bao-you.Study on the Photocatalytic Activity of Metal Ions-doped TiO2 CatalystsJ. Journal of Anhui Normal Universit y (Natural Science),2009,32(2):142-1476 XIAO J

13、un-xia ,WEI Chao-hai,HU Ji-jie,WU Chao-fei. An Investigation on Photocatalytic Activities of the First Transition Metal Ions Doped TiO2 NanoparticlesJ. Natural Science Journal of Xiangtan University,2008,30(1):73-78參考文獻(xiàn)及閱讀材料參考文獻(xiàn)及閱讀材料7 鈕金芬,姚秉華，魏佳，余曉皎. Ag AgCl 等離子體負(fù)載 TiO2光催化劑的制備及對(duì)氯霉素的降解研究J.西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（4）：451-4558 董俊明,陳曉陽(yáng).GeO2改性TiO2催化超聲降解活性紅（M-3BE）染料廢水的應(yīng)用研究J.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（10）：2293-22979 張偉,彭紹琴,李越湘,呂功煊,李樹(shù)本.Rose be