朱振濤-開題報告

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1、西南石油大學開題報告本科畢業(yè)設計（論文）題目低維ZnO材料的光催化降解效率與光電流強度的關(guān)聯(lián)性研究學生姓名朱振濤學　號1016020112教學院系材料科學與工程學院專業(yè)年級10級新能源材料與器件指導教師謝娟職　稱講師單　　位西南石油大學材料科學與工程學院輔導教師職稱單　　位完成日期年月日第9頁共10頁西南石油大學開題報告低維ZnO材料的光催化降解效率與光電流強度的關(guān)聯(lián)性研究1、緒論21.1研究的目的與意義21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22、技術(shù)路線42.1項目的研究內(nèi)容42.2技術(shù)路線42.3工藝流程52.4可行性分析73、預期結(jié)果74、工作進度安排85、參考文獻8第9頁共10頁西南石油大

2、學開題報告1、緒論1.1研究的目的與意義隨著全球工業(yè)化進程的推進，環(huán)境污染不斷加劇。各種各樣的工業(yè)廢水肆意地排放，嚴重危害人類的身體健康。傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)，并不能完全滿足新形勢下的水處理需求。自1972年Fujishima首次發(fā)現(xiàn)TiO2電極光電解水以來[1]，以半導體材料為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注。水溶液中有機分子的降解是光催化技術(shù)研究的主要方向之一，許多學者對TiO2、ZnO、WO3、CdS、SnO2和Fe2O3等半導體材料的光催化性能進行了研究[2,5]。這些高效的光催化劑能夠有效地降解廢水中的有機物，最終將其分解為CO2和H2O等形式，顯著降低了這些有機物對

3、環(huán)境的危害。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通過研究發(fā)現(xiàn)，半導體材料特有的禁帶特征，使其在特定頻率光照射下，可產(chǎn)生電子-空穴對。光催化降解有機物就是利用光生空穴的氧化性，使有機物分子鏈斷裂，從而達到降解的目的。在此過程中，空穴將吸附于半導體表面的水氧化，生成OH?自由基，OH?自由基降解與其接觸的有機物。若有機物在半導體表吸附，則也可能被空穴直接氧化，如圖1所示。然而，對整個光催化降解過程的光電流、降解量以及催化劑表面的吸附行為三者間關(guān)聯(lián)性沒有進行深入研究。第9頁共10頁西南石油大學開題報告圖1光催化降解有機物原理目前，提高光催化降解污水效率多采用元素摻雜和染料敏化的方法。這些研究都是通過調(diào)節(jié)

4、帶隙結(jié)構(gòu)，利用可見光提高光生電子-空穴對的濃度，從而提高光催化劑的降解效率。然而，半導體內(nèi)的光生電子-空穴對卻往往容易復合而降低光催化效率。因此，提高光催化效率一方面要促進電子-空穴對的形成，另一方面要盡可能阻止其復合。此外，光催化降解甲基橙過程中，甲基橙及降解產(chǎn)物分子在光催化劑表面的吸附會影響光催化過程及光生電流強度。所以，建立可行的方法研究光催化降解過程中光催化效率、光電流強度及催化劑表面吸附三者關(guān)系具有重要的理論意義。電化學石英晶體微天平（EQCM）技術(shù)是在傳統(tǒng)的液相石英晶體微天平（QCM）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型檢測技術(shù)。在電化學過程的分析研究中具有非常好的應用前景，已開始

5、得到越來越廣泛的應用。EQCM可以用來監(jiān)測光催化過程中光催化劑表面的質(zhì)量變化。規(guī)則的石英晶體具有固定的特征振蕩頻率，當晶片上由于吸附或沉積其它物質(zhì)之后，其振蕩頻率將發(fā)生變化，且其振蕩頻率與其表面物質(zhì)的質(zhì)量變化成反比例關(guān)系。因此，利用EQCM第9頁共10頁西南石油大學開題報告可在石英晶片上沉積惰性金屬電極，再在金屬上組裝低維材料，則可以實現(xiàn)光催化過程中的電化學測量，同時還可以通過測量石英振蕩頻率，來實時監(jiān)控光催化降解過程中低維材料表面吸附有機物的質(zhì)量變化規(guī)律，其精度可以達到納克級（10-9g）。本課題將利用EQCM技術(shù)研究光催化機理。通過在EQCM芯片上組裝ZnO微器件，再利用EQC

6、M實時監(jiān)控光催化降解過程中光催化劑表面吸附質(zhì)量、光電流強度，結(jié)合光催化效率測試，得到低維ZnO微器件光催化降解甲基橙過程中降解效率與光生電流強度的內(nèi)在聯(lián)系。2、技術(shù)路線2.1項目的研究內(nèi)容本課題主要通過在電化學石英晶體微天平（EQCM）芯片上制備ZnO微器件，運用ZnO微器件光催化降解甲基橙溶液，實時監(jiān)測光生電流、光催化降解量和光催化劑表面吸附量，進而得到光催化降解量與光生電流、光催化劑表面吸附量之間的關(guān)系。具體研究內(nèi)容如下：（1）、光催化降解過程中降解量、光生電流和催化劑表面吸附量三者之間的內(nèi)在聯(lián)系研究在無外加偏壓的情況下，實時監(jiān)測光催化降解過程中甲基橙的降解量和光生電流的變化情

7、況，得到光生電流與降解量之間的對應關(guān)系，并研究甲基橙濃度和光源等因素對光催化降解量和光生電流之間的關(guān)聯(lián)性的影響規(guī)律；通過實時監(jiān)測光催化降解過程中ZnO微器件吸附量的變化，研究吸附量與光催化降解量及光生電流之間的關(guān)系。2.2技術(shù)路線本項目的技術(shù)流程圖如圖：第9頁共10頁西南石油大學開題報告探討光電流、催化劑表面吸附規(guī)律與光催化降解量的內(nèi)在聯(lián)系建立光催化降解量與光生電流的內(nèi)在聯(lián)系光生電流的內(nèi)在聯(lián)系低維ZnO微器件的制造光催化劑表面吸附規(guī)律研究2.3工藝流程本課題擬在EQC