ZnO基纳米异质结的制备与光催化性能研究的任务书.docx

ZnO基纳米异质结的制备与光催化性能研究的任务书
任务书
一、研究背景
ZnO是一种广泛应用于光催化、电催化、气敏和生物医药等领域的半导体材料。其中，在光催化领域中，ZnO的带隙宽度为3.37eV，其能带结构和光吸收性质使其成为一种非常有前途的光催化剂。然而，ZnO的局限性是有效的光响应仅限于紫外线区域。为了扩大ZnO的工作范围，人们通常采用制备ZnO基异质结的方法，如ZnO/Si、ZnO/CdS等等。通过异质结的制备能够将ZnO的吸收范围扩展到可见光区域，进一步提高催化反应的效率。
二、研究目的和意义
本课题旨在制备ZnO基纳米异质结，扩展其光吸收范围，提高催化反应的效率。具体研究内容包括：
1.制备ZnO纳米晶体和异质结材料
2.系统研究ZnO基纳米异质结的光催化性能
3.探究ZnO基异质结的可能催化机理
通过此项研究，可以对异质结的制备方法进行深入探究，同时通过调整ZnO基异质结的能带结构，使其吸收范围更广，提高其选择性和催化性能。此研究对于深入了解ZnO基异质结的光催化性质和机制，同时为开发高效的光催化剂提供基础研究支持。
三、研究方案
研究对象：ZnO基纳米异质结
研究内容：
1.制备ZnO纳米晶体和异质结材料
①制备ZnO纳米晶体；
②制备以ZnO纳米晶体为基底的异质结材料，如ZnO/Si、ZnO/CdS等。
2.系统研究ZnO基纳米异质结的光催化性能
①通过紫外-可见吸收光谱仪分析ZnO基异质结的光吸收性能及光响应范围；
②利用荧光光谱法研究异质结材料对降解污染物的吸附与解吸特性；
③使用热重分析法，研究异质结的热稳定性和热解行为。
3.探究ZnO基异质结的可能催化机理
①使用表面等离子共振（SPR）和散射图谱技术，研究异质结表面化学反应过程；
②探究异质结光致电荷分离、电子转移及氧化还原反应机理。
研究方法：
1.制备ZnO纳米晶体：水热法、微波法、激光烧蚀法等；
2.制备异质结材料：溶液沉积法、化学气相沉积法等；
3.测试技术：紫外-可见吸收光谱、荧光光谱分析、热重分析法、表面等离子共振技术等。
四、预期成果
1.成功制备并表征ZnO基纳米异质结材料，并确定其光吸收范围；
2.探究异质结材料对降解污染物的吸附与解吸特性，热稳定性和热解行为；
3.研究异质结制备过程中的化学反应机理，和光致电荷分离、电子转移及氧化还原反应机理；
4.发表高水平学术论文若干篇，受理发明专利一项。
五、进度计划
任务节点开始时间完成时间
1.文献调研第1周第2周
2.实验室准备和器材购置第3周第4周
3.ZnO纳米晶体制备及基础性质表征第5周第8周
4.异质结制备及表征第9周第12周
5.ZnO基异质结光催化性能研究第13周第16周
6.探究ZnO基异质结催化机理第17周第20周
7.数据分析、论文撰写第21周第24周
六、参考文献
1.H.Zhang,Y.Liu,L.Fu,S.Yin,L.Yan,L.Jiang,andY.Zhang,“Preparationofnano-sizedZnOcappedwithultrathinSn@Clayersbyspray-dryingmethodandtheirenhancedphotocatalyticactivity,”CeramicsInternational,vol.45,no.11,pp.14251-14257,2019.
2.X.Liu,G.Wu,L.Liu,Q.Zhang,X.Ji,Q.Li,Y.Chen,X.Zhang,Y.Li,andY.Guo,“Theanion-selectivepropertyofZnOnanorodarrayspreparedbychemicalbathdeposition,”MaterialsScienceandEngineeringC:MaterialsforBiologicalApplications,vol.108,pp.110438,2020.
3.L.Zhang,Y.Xu,J.Huang,andH.Yuan,“Homogeneouszincsol-gelcoatingonquartzglasssubstratetoimprovephotocatalyticefficiency,”JournalofSol-GelScienceandTechnology,vol.87,no.2,pp.352-360,2018.
4.L.Liu,X.Ma,H.Tan,X.Liu,S.Qu,Y.Guo,andY.Chen,“ZnO/Sicompositephotoanodefordye-sensitizedsolarcells:astudyofenergylossandinterfacialchargetransfermechanisms,”JournalofPh