立项申报书_复合Cu等离子体一维纳米光催化材料的制备及其可见光催化性能研究.doc

国家级大学生创新训练项目申报书 项目编号： 项目名称： 4.申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负责人在内不得超过5人。 5.填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式不变；填写完后用A4纸张双面打印，左侧装订成册。 6.申报过程有不明事宜，请与学校教务处实践教学管理办公室联系。 一、基本情况 项目名称 所属学科 项目起止时间 2014年 月 至 年月 负责人 姓名 学号 年级 参与科研情况 项目组成员 姓名 黎梓浩 指导教师 姓名 彭峰 承担科研课题情况 二、立项依据（加页详述） （一）研究目的 （1）通过调控形貌、尺寸、组份及催化剂的复合方式以及保护层包裹的方法、材质和厚度等参数获得最优的表面等离子体共振效应和活性，以达到有效利用太阳光的同时实现高的产氢效率。 （2）研制基于铜等离子体一维纳米光催化材料的新型高效光催化剂体系，争取在可见光区分解水制氢方面得到较高的光催化性能。获得1-2 种可见光光催化活性的基于铜等离子体一维纳米光催化材料，光解水效率有较大幅度的提高。 （二）研究内容 （1）基于铜等离子体一维纳米光催化材料设计合成 采用室温溶液法在纳米Cu片上制备尺寸形貌可控的纳米Cu线，用化学法在Cu线上生长TiO2纳米颗粒，通过控制条件制备不同形貌和复合形式的催化材料。用水热法和阳极氧化法先制备一维TiO2纳米棒和纳米管阵列。采用溶液法、水热法等制备包裹Cu基等离子体催化剂对Cu基等离子体一维纳米材料的结构和吸收光谱进行表征，研究组分的形貌、大小等离子共振效应的影响，筛选出具有最佳的Cu基一维等离子体光催化材料。 （2）基于铜等离子体一维纳米光催化材料的光催化性能研究： 研究基于铜等离子体一维纳米光催化材料的组成、结构与可见光光催化制氢活性的构效关系。研究表面等离子体共振效应和光催化活性之间的关系；研究稳定性和催化剂的结构、制备方法的关系，选出最佳合成材料方法和路线。 （三）国、内外研究现状和发展动态 自1972年日本学者Fujishima和Honda发现TiO2单晶电极光催化产生氢气[1]，揭开把太阳能转换成氢能的研究序幕，掀起世界各国的研究者们对光催化制氢课题的研究热潮。然而，以二氧化钛（TiO2）为代表的传统光催化材料由于具有较宽的带隙，只能利用太阳光中的紫外光（＜400 nm），极大的限制了对太阳能的利用效率。到目前为止，提高TiO2光催化活性的工作主要集中在以下两方面：（1）通过对TiO2的表面修饰、体相掺杂、优化光催化反应条件以及引入外加电、磁场等方法调控光生载流子的分离和转移途径，延长光生载流子的寿命，提高光催化量子效率；（2）通过和其它半导体复合、表面敏化、离子掺杂等手段将TiO2的光吸收波长范围拓展到可见光区，提高其可见光吸收率和实现可见光催化活性。通过这些技术科一定程度提高可见光吸收，但由于快速的光生载流子的复合，进一步提高光催化材料的可见光催化活性存在困难。近几年研究发现，利用纳米尺寸的金属离子（如Au、Ag、Cu等）的表面等离子体共振效应，不仅很大程度上提高和调控材料的可见光吸收，而且金属/半导体异质节也能促进光生载流子的有效分离，从而为开发高效可见光活性的才光催化材料提供了一条有效的新途径。 1.2贵金属Ag、Au基等离子体光催化材料研究动态 目前，对于表面等离子体共振的研究主要集中在贵金属纳米颗粒上，主要有纳米Ag、Au及Pt，研究证明，这是一种有效的提高光催化活性的途径。2008年，Koichi Awazu等制备了具有表面等离子体效应的Ag@SiO2@TiO2薄膜，通过将包覆着二氧化硅外壳的纳米银颗粒同二氧化钛复合，利用纳米银金属颗粒的表面等离子体共振对光的吸收，拓展了 TiO2的光谱响应范围，并大大提高了其光催化效率[2]。随后，Ag 基等离子体光催化材料的迅速发展[3]，黄柏标课题组制备了系列的Ag@AgX（X：Cl、Br）表面等离子体光催化复合材料，将光响应范围拓展到了可见光区，提高了对太阳光的利用率[4-8]。最近，Yadong Yin等制备出Ag-TiO2纳米棒催化剂制备成有机太阳能电池，利用Ag的等离子共振效应能量转换效率达到6.92%，比纯TiO2纳米棒为材料制备的电池高出了1.11%[]。本项目申请人也制备出纳米Ag负载掺氮的TiO2纳米管阵列（Ag/N-TNA）材料，此材料具有明显的纳米Ag表面等离子共振峰（图），在可见光下具有明显的催化性能，拓展了对太阳光的有效利用，表现出了高效的光催化活性和稳定性[1]。 除了 Ag 纳米颗粒外，Au也表现出很强的表面等离子体共振吸收，各种Au基等离子体光