朱振濤-開(kāi)題報(bào)告

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1、西南石油大學(xué)開(kāi)題報(bào)告本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目低維ZnO材料的光催化降解效率與光電流強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性研究學(xué)生姓名朱振濤學(xué)　號(hào)1016020112教學(xué)院系材料科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)年級(jí)10級(jí)新能源材料與器件指導(dǎo)教師謝娟職　稱(chēng)講師單　　位西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院輔導(dǎo)教師職稱(chēng)單　　位完成日期年月日第9頁(yè)共10頁(yè)西南石油大學(xué)開(kāi)題報(bào)告低維ZnO材料的光催化降解效率與光電流強(qiáng)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀22、技術(shù)路線(xiàn)42.1項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容42.2技術(shù)路線(xiàn)42.3工藝流程52.4可行性分析73、預(yù)期結(jié)果74、工作進(jìn)度安排85、參考文獻(xiàn)8第9頁(yè)共10頁(yè)西南石油大

2、學(xué)開(kāi)題報(bào)告1、緒論1.1研究的目的與意義隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，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(yán)重危害人類(lèi)的身體健康。傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)，并不能完全滿(mǎn)足新形勢(shì)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(lái)[1]，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。水溶液中有機(jī)分子的降解是光催化技術(shù)研究的主要方向之一，許多學(xué)者對(duì)TiO2、ZnO、WO3、CdS、SnO2和Fe2O3等半導(dǎo)體材料的光催化性能進(jìn)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(jī)物，最終將其分解為CO2和H2O等形式，顯著降低了這些有機(jī)物對(duì)

3、環(huán)境的危害。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)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(duì)。光催化降解有機(jī)物就是利用光生空穴的氧化性，使有機(jī)物分子鏈斷裂，從而達(dá)到降解的目的。在此過(guò)程中，空穴將吸附于半導(dǎo)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(jī)物。若有機(jī)物在半導(dǎo)體表吸附，則也可能被空穴直接氧化，如圖1所示。然而，對(duì)整個(gè)光催化降解過(guò)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(méi)有進(jìn)行深入研究。第9頁(yè)共10頁(yè)西南石油大學(xué)開(kāi)題報(bào)告圖1光催化降解有機(jī)物原理目前，提高光催化降解污水效率多采用元素?fù)诫s和染料敏化的方法。這些研究都是通過(guò)調(diào)節(jié)

4、帶隙結(jié)構(gòu)，利用可見(jiàn)光提高光生電子-空穴對(duì)的濃度，從而提高光催化劑的降解效率。然而，半導(dǎo)體內(nèi)的光生電子-空穴對(duì)卻往往容易復(fù)合而降低光催化效率。因此，提高光催化效率一方面要促進(jìn)電子-空穴對(duì)的形成，另一方面要盡可能阻止其復(fù)合。此外，光催化降解甲基橙過(guò)程中，甲基橙及降解產(chǎn)物分子在光催化劑表面的吸附會(huì)影響光催化過(guò)程及光生電流強(qiáng)度。所以，建立可行的方法研究光催化降解過(guò)程中光催化效率、光電流強(qiáng)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(xué)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(lái)的新型檢測(cè)技術(shù)。在電化學(xué)過(guò)程的分析研究中具有非常好的應(yīng)用前景，已開(kāi)始

5、得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。EQCM可以用來(lái)監(jiān)測(cè)光催化過(guò)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(dāng)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(yè)共10頁(yè)西南石油大學(xué)開(kāi)題報(bào)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(shí)現(xiàn)光催化過(guò)程中的電化學(xué)測(cè)量，同時(shí)還可以通過(guò)測(cè)量石英振蕩頻率，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控光催化降解過(guò)程中低維材料表面吸附有機(jī)物的質(zhì)量變化規(guī)律，其精度可以達(dá)到納克級(jí)（10-9g）。本課題將利用EQCM技術(shù)研究光催化機(jī)理。通過(guò)在EQCM芯片上組裝ZnO微器件，再利用EQC

6、M實(shí)時(shí)監(jiān)控光催化降解過(guò)程中光催化劑表面吸附質(zhì)量、光電流強(qiáng)度，結(jié)合光催化效率測(cè)試，得到低維ZnO微器件光催化降解甲基橙過(guò)程中降解效率與光生電流強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系。2、技術(shù)路線(xiàn)2.1項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容本課題主要通過(guò)在電化學(xué)石英晶體微天平（EQCM）芯片上制備ZnO微器件，運(yùn)用ZnO微器件光催化降解甲基橙溶液，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光生電流、光催化降解量和光催化劑表面吸附量，進(jìn)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?jī)?nèi)容如下：（1）、光催化降解過(guò)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(wú)外加偏壓的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化降解過(guò)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(duì)應(yīng)關(guān)系，并研究甲基橙濃度和光源等因素對(duì)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光催化降解過(guò)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(xiàn)本項(xiàng)目的技術(shù)流程圖如圖：第9頁(yè)共10頁(yè)西南石油大學(xué)開(kāi)題報(bào)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