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二氧化钛纳米管复合纳米材料的制备及其光催化性能研究的任务书
一、题目
二氧化钛纳米管复合纳米材料的制备及其光催化性能研究
二、研究背景
二氧化钛（TiO2）是一种常见的半导体材料，具有良好的光催化性能，广泛应用于环境治理、光电材料等领域。然而，TiO2的光催化效率存在一些限制，如光吸收范围狭窄、光生电子-空穴对复合速率快、表面缺陷等，这些限制制约了TiO2的进一步应用。
因此，将TiO2与其他材料复合，形成复合材料，是一种改进TiO2光催化性能的方法。近年来，纳米管材料在复合材料中得到广泛应用。因其特有的荟萃作用和高度有序的孔道结构，纳米管能够增强光催化材料的比表面积和光吸收能力。因此，将二氧化钛与纳米管复合，形成TiO2/nanotube复合材料，成为一种增强光催化性能的途径。
三、研究内容
本研究将合成TiO2/nanotube复合纳米材料，并对其光催化性能进行研究。具体研究内容如下：
1.合成TiO2/nanotube复合纳米材料
(1)TiO2纳米管的制备：采用水热法合成TiO2纳米管，探究不同条件对TiO2纳米管形貌、尺寸和晶型的影响。
(2)纳米管材料的修饰：采用不同方法对TiO2纳米管进行表面修饰，包括掺杂、包覆等方法。
(3)TiO2/nanotube复合纳米材料的制备：将TiO2纳米管与其他材料复合，形成TiO2/nanotube复合纳米材料。
2.表征TiO2/nanotube复合纳米材料
(1)纳米管的形貌、结构和尺寸：采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对纳米管进行表征。
(2)复合纳米材料的晶型结构：采用X射线衍射等手段对复合纳米材料的晶型结构进行表征。
(3)复合纳米材料表面的光学性质：采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等手段对复合纳米材料的光学性质进行表征。
3.研究TiO2/nanotube复合纳米材料的光催化性能
(1)光催化反应条件的优化：探究不同反应条件（如光源强度、反应时间、催化剂浓度等）对反应效果的影响。
(2)光催化降解有机污染物：选择某种有机污染物（如亚甲基蓝、罗丹明B等），通过光催化实验研究TiO2/nanotube复合纳米材料的降解效果。
(3)光催化机理的探究：通过反应机理研究、电化学阻抗谱等手段对光催化机理进行探究。
四、研究意义
本研究通过制备二氧化钛纳米管复合纳米材料，探究纳米管对二氧化钛光催化性能的增强作用，具有重要的意义：
1.提高环境治理效率：二氧化钛作为一种广泛应用于环境治理的光催化材料，受到了广泛的关注。本研究将二氧化钛与纳米管复合，形成TiO2/nanotube复合材料，能够提高二氧化钛的催化效率，从而提高环境治理的效率。
2.扩大材料应用：本研究将二氧化钛与纳米管复合，形成TiO2/nanotube复合材料，可以拓展材料的应用领域，如电池、光电器件等领域。
3.探究材料性能：本研究将通过表征和光催化实验，探究TiO2/nanotube复合材料的结构特征和光催化机理，为研究其他材料的光催化性能提供参考和借鉴。
五、研究方法
1.合成TiO2纳米管：采用水热合成法，调控反应温度、反应时间和前体浓度等参数，制备TiO2纳米管。
2.TiO2/nanotube复合材料的制备：采用溶胶凝胶法、沉积法、修饰法等方法制备TiO2/nanotube复合材料。
3.表征复合材料：采用SEM、TEM、XRD、UV-Vis、PL等手段对复合材料进行表征。
4.光催化性能研究：采用可见光光催化反应器、色谱分析等手段对光催化实验进行研究。
六、研究进度
2021年10月至12月：制备TiO2纳米管；
2022年1月至4月：表征TiO2纳米管；
2022年5月至9月：制备TiO2/nanotube复合材料；
2022年10月至12月：表征TiO2/nanotube复合材料；
2023年1月至6月：研究复合材料的光催化性能；
2023年7月至12月：撰写论文和毕业论文答辩。