科研立項辯改2

1、/ / 復合電極用于光催化還原復合電極用于光催化還原 為為有機燃料的研究有機燃料的研究申報人：沈星申報人：沈星 彭鵬飛彭鵬飛 專業(yè)：物理學基地班專業(yè)：物理學基地班 導師：余穎導師：余穎ocu2cu2cocontents 12 作為光催化材料的優(yōu)缺點作為光催化材料的優(yōu)缺點光催化反應機理光催化反應機理3研究背景以及意義研究背景以及意義4項目方案以及預期成果項目方案以及預期成果ocu2一、研究的背景與意義一、研究的背景與意義1.1.溫室氣體溫室氣體coco2 2的大量排放，導致全球溫室效應的大量排放，導致全球溫室效應2.2.危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅人類的生存環(huán)境危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅人類的

2、生存環(huán)境3.3.世界能源的快速枯竭世界能源的快速枯竭不可避免的能源危機不可避免的能源危機020406080100120140160180200189175162148121107102918471預 測 2025202020152010200219951990198519801975consumption/pw*h(x1015w*h)1970歷史worlds energy consumed61能源枯竭能源枯竭溫室效應溫室效應coco2 2持續(xù)發(fā)展持續(xù)發(fā)展生態(tài)平衡生態(tài)平衡濃化捕集濃化捕集封存固定封存固定資源轉化資源轉化循環(huán)利用循環(huán)利用有機燃料有機燃料 1972 1972 年年 fujishima

3、 fujishima 和和 honda honda 等等首次報道了在光照條件下，首次報道了在光照條件下，n n 型半導型半導體體 電極可將水分解為氫氣和氧氣，電極可將水分解為氫氣和氧氣，至此，開始了多相光催化研究的新紀至此，開始了多相光催化研究的新紀元。由此元。由此, ,一個嶄新的領域一半導體光一個嶄新的領域一半導體光催化呈現(xiàn)在人們面前催化呈現(xiàn)在人們面前, , 人類利用光催人類利用光催化半導體材料化半導體材料, ,不僅在分解有機污染物不僅在分解有機污染物治理環(huán)境方面取得巨大進展治理環(huán)境方面取得巨大進展, ,在人工光在人工光合催化方面合催化方面, ,也初見成效也初見成效, ,能夠分解二能夠分解二

4、氧化碳氧化碳, ,合成有機分子。合成有機分子。akira fujishima2tio藤島昭藤島昭二、光催化反應機理二、光催化反應機理光化學反應光化學反應直接光解直接光解間接光解間接光解：物質(zhì)吸收能量達到激發(fā)態(tài)，吸收的能量使反應物的電物質(zhì)吸收能量達到激發(fā)態(tài)，吸收的能量使反應物的電子在軌道間轉移，當強度夠大時，可造成化學鍵的斷子在軌道間轉移，當強度夠大時，可造成化學鍵的斷裂產(chǎn)生其他物質(zhì)，反應形式簡單，但一般產(chǎn)率較低裂產(chǎn)生其他物質(zhì)，反應形式簡單，但一般產(chǎn)率較低同相光催化反應同相光催化反應異相光催化反應異相光催化反應：催化劑和反應物處在同一相態(tài)中，主催化劑和反應物處在同一相態(tài)中，主要的同相光分解有要的

5、同相光分解有uv/uv/染料感光劑、染料感光劑、uv uv / / 等等：光催化劑與反應物存在不同的相態(tài)中，光催化劑與反應物存在不同的相態(tài)中，一般發(fā)生在固液或固氣之間，反應物一般發(fā)生在固液或固氣之間，反應物存在于氣液中并擴散吸附于固體催化存在于氣液中并擴散吸附于固體催化劑的表面，催化劑吸收光子后，在其劑的表面，催化劑吸收光子后，在其表面發(fā)生一連串的氧化還原反應表面發(fā)生一連串的氧化還原反應22oh半導體光催化反應原理半導體光催化反應原理實質(zhì)實質(zhì)人工光合作用人工光合作用 催化加氫催化加氫甲酸甲酸甲烷甲烷甲醇甲醇各種烴類各種烴類 優(yōu)質(zhì)的燃料優(yōu)質(zhì)的燃料 重要的有機化工原料重要的有機化工原料2co半導體

6、的禁帶寬度與所用光源的最大發(fā)射波長符合半導體的禁帶寬度與所用光源的最大發(fā)射波長符合)(1240)(evenmbgg帯隙33.2ev1.82.2ev可吸收光譜范圍387nm689nm特點帯隙較寬，只能利用太陽光之中的紫外光，而紫外光的能量只占太陽光總能量的4%帯隙合適，能夠利用大部分可見光，且cu2o價格便宜、無毒三、為什么要選擇三、為什么要選擇 ？ocu22tioocu2 的缺點：的缺點：導電性差導電性差，產(chǎn)生的光生電子與空穴會在與，產(chǎn)生的光生電子與空穴會在與反應物接觸之前就自己復合，發(fā)出熱或光反應物接觸之前就自己復合，發(fā)出熱或光然后失去氧化還原能力，同時，然后失去氧化還原能力，同時， 光腐光

7、腐蝕蝕程度相對較大程度相對較大解決方案：解決方案： 通過元素通過元素摻雜摻雜對純對純 進行改性，提高其進行改性，提高其導電率，使產(chǎn)生的光生電子能夠迅速轉移，導電率，使產(chǎn)生的光生電子能夠迅速轉移，減少光生電子與空穴的復合幾率，同時減少光生電子與空穴的復合幾率，同時控控制其形貌制其形貌，希望在一定程度上能夠提高此，希望在一定程度上能夠提高此種材料光催化的性能和抗光腐蝕的能力。種材料光催化的性能和抗光腐蝕的能力。ocu2ocu2ocu2cu2ocu2o的制備：電沉積法的制備：電沉積法 + + 2 +2 + 2 +2 + +2 +2 （堿性條件）（堿性條件）實驗裝置實驗裝置2cuecucuohocu2

8、oh22cuecu樣品照片樣品照片電鏡照片電鏡照片n-p-ocu2ocu2我們打算采取如下的管理和項目進展檢查方法：我們打算采取如下的管理和項目進展檢查方法：（1 1） 每周向指導老師匯報科研訓練情況；每周向指導老師匯報科研訓練情況；（2 2） 每兩周與指導研究生討論在實驗中遇到的問題，每兩周與指導研究生討論在實驗中遇到的問題，并商量應對措施；并商量應對措施；（3 3） 參加指導老師的組會，每月做一次參加指導老師的組會，每月做一次pptppt展示；展示；（4 4） 學期期末做完實驗后，對該學期的研究工作進行學期期末做完實驗后，對該學期的研究工作進行總結，并交紙質(zhì)的進展報告，在與指導老師、研究生一總結，并交紙質(zhì)的進展報告，在與指導老師、研究生一起討論后，確定下學期研究方向和計劃；起討論后，確定下學期研究方向和計劃；（5 5） 每次學校中期匯報或是結題匯報之前在小組會上每次學校中期匯報或是結題匯報之前在小組會上進行演練進行演練預答辯。預答辯。四、項目方案以及預期實驗結果四、項目方案以及預期實驗結果實驗預期成果：實驗預期成果：1.1.通過對通過對 的改性尋找出一種高效穩(wěn)定經(jīng)濟的光催化的改性尋找出一種高效穩(wěn)定經(jīng)濟的光催化材料材料2.2.整理并且總結實驗，撰寫實驗論文，爭取能在國家核整