朱振涛-开题报告

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1、西南石油大学开题报告本科毕业设计（论文）题目低维ZnO材料的光催化降解效率与光电流强度的关联性研究学生姓名朱振涛学　号1016020112教学院系材料科学与工程学院专业年级10级新能源材料与器件指导教师谢娟职　称讲师单　　位西南石油大学材料科学与工程学院辅导教师职称单　　位完成日期年月日第9页共10页西南石油大学开题报告低维ZnO材料的光催化降解效率与光电流强度的关联性研究1、绪论21.1研究的目的与意义21.2国内外研究现状22、技术路线42.1项目的研究内容42.2技术路线42.3工艺流程52.4可行性分析73、预期结果74、工作进度安排85、参考文献8第9

2、页共10页西南石油大学开题报告1、绪论1.1研究的目的与意义随着全球工业化进程的推进，环境污染不断加剧。各种各样的工业废水肆意地排放，严重危害人类的身体健康。传统的污水处理技术，并不能完全满足新形势下的水处理需求。自1972年Fujishima首次发现TiO2电极光电解水以来[1]，以半导体材料为基础的光催化技术引起了学术界的广泛关注。水溶液中有机分子的降解是光催化技术研究的主要方向之一，许多学者对TiO2、ZnO、WO3、CdS、SnO2和Fe2O3等半导体材料的光催化性能进行了研究[2,5]。这些高效的光催化剂能够有效地降解废水中的有机物，最终将其分解为CO

3、2和H2O等形式，显著降低了这些有机物对环境的危害。1.2国内外研究现状通过研究发现，半导体材料特有的禁带特征，使其在特定频率光照射下，可产生电子-空穴对。光催化降解有机物就是利用光生空穴的氧化性，使有机物分子链断裂，从而达到降解的目的。在此过程中，空穴将吸附于半导体表面的水氧化，生成OH•自由基，OH•自由基降解与其接触的有机物。若有机物在半导体表吸附，则也可能被空穴直接氧化，如图1所示。然而，对整个光催化降解过程的光电流、降解量以及催化剂表面的吸附行为三者间关联性没有进行深入研究。第9页共10页西南石油大学开题报告图1光催化降解有机物原理目前，提高光催化降解

4、污水效率多采用元素掺杂和染料敏化的方法。这些研究都是通过调节带隙结构，利用可见光提高光生电子-空穴对的浓度，从而提高光催化剂的降解效率。然而，半导体内的光生电子-空穴对却往往容易复合而降低光催化效率。因此，提高光催化效率一方面要促进电子-空穴对的形成，另一方面要尽可能阻止其复合。此外，光催化降解甲基橙过程中，甲基橙及降解产物分子在光催化剂表面的吸附会影响光催化过程及光生电流强度。所以，建立可行的方法研究光催化降解过程中光催化效率、光电流强度及催化剂表面吸附三者关系具有重要的理论意义。电化学石英晶体微天平（EQCM）技术是在传统的液相石英晶体微天平（QCM）技术基

5、础上发展起来的新型检测技术。在电化学过程的分析研究中具有非常好的应用前景，已开始得到越来越广泛的应用。EQCM可以用来监测光催化过程中光催化剂表面的质量变化。规则的石英晶体具有固定的特征振荡频率，当晶片上由于吸附或沉积其它物质之后，其振荡频率将发生变化，且其振荡频率与其表面物质的质量变化成反比例关系。因此，利用EQCM第9页共10页西南石油大学开题报告可在石英晶片上沉积惰性金属电极，再在金属上组装低维材料，则可以实现光催化过程中的电化学测量，同时还可以通过测量石英振荡频率，来实时监控光催化降解过程中低维材料表面吸附有机物的质量变化规律，其精度可以达到纳克级（10

6、-9g）。本课题将利用EQCM技术研究光催化机理。通过在EQCM芯片上组装ZnO微器件，再利用EQCM实时监控光催化降解过程中光催化剂表面吸附质量、光电流强度，结合光催化效率测试，得到低维ZnO微器件光催化降解甲基橙过程中降解效率与光生电流强度的内在联系。2、技术路线2.1项目的研究内容本课题主要通过在电化学石英晶体微天平（EQCM）芯片上制备ZnO微器件，运用ZnO微器件光催化降解甲基橙溶液，实时监测光生电流、光催化降解量和光催化剂表面吸附量，进而得到光催化降解量与光生电流、光催化剂表面吸附量之间的关系。具体研究内容如下：（1）、光催化降解过程中降解量、光生电

7、流和催化剂表面吸附量三者之间的内在联系研究在无外加偏压的情况下，实时监测光催化降解过程中甲基橙的降解量和光生电流的变化情况，得到光生电流与降解量之间的对应关系，并研究甲基橙浓度和光源等因素对光催化降解量和光生电流之间的关联性的影响规律；通过实时监测光催化降解过程中ZnO微器件吸附量的变化，研究吸附量与光催化降解量及光生电流之间的关系。2.2技术路线本项目的技术流程图如图：第9页共10页西南石油大学开题报告探讨光电流、催化剂表面吸附规律与光催化降解量的内在联系建立光催化降解量与光生电流的内在联系光生电流的内在联系低维ZnO微器件的制造光催化剂表面吸附规律研究2.3

8、工艺流程本课题拟在EQC