论文开题：铌钽系类层状纳米复合材料的制备和光催化制氢研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告

课题名称 铌钽系类层状纳米复合材料的制备和光催化制氢研究

1、本课题的的研究目的和意义：
研究目的是解决当今人类面临的煤、石油等化石能源日益枯竭的危机,寻找新的能源替代物。不仅如此,石油等化石能源的使用会对环境造成严重的污染。为了维护人类的长远利益,社会的可持续性发展,有必要开发新的替代能源。氢能,是未来社会的理想能源,因为它的燃烧产物是水,是一种对环境友好、不会带来任何污染的能源。它具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输和可再生等许多优点。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然资源。利用太阳能光解水制氢是利用太阳能的最好方法之一。制得的氢气不但可以直接作燃料,而且有望成为汽车、火车等动力来源,并可制作环保电池,成为电动汽车的动力电源。
太阳能光解水的关键是制备具有高活性的光催化剂。层状化合物光催化剂是一类结构类似于云母、粘土的层状半导体金属氧化物,由于其层间可以进行修饰,使其作为反应场,产
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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
为了在能量转换时获得高效率"利用半导体粒子的表面改性以延缓光生电子和空穴的快速复合"提高电荷的转移效率是必要的"同时提高半导体对污染物吸附也是提高半导体光活性很重要的手段.层状化合物的层间区半导体催化剂的掺杂是一种正在兴起的方法"它可以用来制备含有基质层和层间超细半导体粒子的纳米复合材料$这种复合材料是利用层间插入反应修饰层状化合物"因而为制备新型的光催化材料提供了广阔的技术空间和应用前景
3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
本课题研究光催化剂的组成、结构及性质之间的关系，探讨反应机理及光催化活性，通过高温固相反应制备得到KSr2Ta*Nb3-*O10系列。并通过质子交换，金属Cd2+和Pb2+沉积对所得到的层状钙钛矿型化合物进行改性，合成了HSr2Ta*Nb3-*O10/(Cd2+、Pb2+)系列层状钙钛矿型纳米复合材料，以得到具有高光催化制氢活性的光催化剂。通过理论计算，*-射线衍射、ED*、SEM、紫外可见分光光度计等一系列手段，研究光催化剂的组成、结构及性质之间的关系，探讨反应机理及光催化活性。
成果形式：产品、论文
4、 拟解决的关键问题：
硫化物作为一类光催化材料具有合适的带隙和良好的光催化分解水产氢活性, 然而这一类催化材料大多光稳定性差, 在光辐照下容易发生光腐蚀, 因而限制了这一类光催化材料的应用。而层状化和物可以保护它不易受光照，所在层间就不易发生光腐蚀，同时还可以增加光催化效果，改良催化剂性质。
另外在给反应物料高温反应时应注意控制加热温度跟加热时间，这直接关系到反应进行程度和反应物的原子匹配程度，同时借助工具及时测生成物的原子匹配以及时改进。
研究思路、方法和步骤：
通过高温固相反应制备出半导体氧化物KSr2Ta*Nb3-*O10。对半导体氧化物进行质子交换，得到HSr2Ta*Nb3-*O10，然后对其进行柱撑、层插、固化等一系列手段制备出HCa2Nb3O10/（CdS、PbS）层状纳米光催化复合材料。
对所得催化剂通过理论计算，*-射线衍射、ED*、SEM、紫外可见分光光度计等一系列手段，研究光催化剂的组成、结构及性质之间的关系，探讨反应机理及光催化活性。

6、本课题的进度安排：
2011-11-1 至 2012-1-13 完成实验研究的实验部分
2012-2-12至2012-5-1完成实验的论文部分
7、参考文献：
[1] Sato s, White J M.Reaction of water with carbon and ethylene over illuminatedpt/Nb2O5 [J]. Chem, Phys, Lett, 1980, 70(1): 131-134
[2] Asahi R, Morikawa A, Riahi K. The hydrgen economy in the 21 century: a sustainable development scenario [J]. Int J Hydrogen Energy. 2003, 28:267—284
[3] Yu Jimmy C, Wang *inchen, Fu *ianz ……（未完，全文共5384字，当前仅显示1891字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：铌钽系类层状纳米复合材料的制备和光催化制氢研究》）