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河北科技师范学院化学工程学院 2013-2014-1科研技能训练1 科 研 项 目 申 请 书 项目或课题名称 类 别：承 担 单 位：河北科技师范学院 项目或课题负责人： 申 报 日 期：2年月日 填 表 说 明 一、此申请书一至十项内容由课题负责人填写，然后报学校审核论证，填写十至十四项内容。 二、“类别”划为四大类，即：基础研究、应用研究、试验发展、软科学研究。 三、“拟采用的研究方案、工艺与技术路线”要论述其技术先进性、可行性和经济上的合理性。 四、研究规模，指新产品台件，中间试验、工业性试验的规模、示范试验的面积和范围。 五、“研究进度安排”要按年度或主要研究阶段、农事季节填写。 六、“论证意见”，要具体明确，既要肯定其可行和合理的内容，又要提出存在的问题和建议。 七、学校审核意见要包括论证中提出的问题所采取的解决办法或对策。 一、本研究项目的科学依据（包括科学意义和应用前景、国内外研究概况、水平和发展趋势，本研究的创新之处。主要参考文献目录和出处或参照样品、样机的产地、生产年代。） 当前人类正面临着资源和环境问题的双重挑战，因此清洁能源转换和储存的相关研究课题是当下科技领域的热点。半导体光催化技术是一项将光能转化为化学能或者电能的技术，对于解决环境污染和能源短缺均有重要价值。因此，本文开展了光催化材料的基础研究，期望综合物理和化学的概念共同改进光催化剂性能和开发可能的新型光催化材料。本研究从目前最有应用前景和最受关注的基础光催化剂二氧化和氧化锌入手，对其进行改性。重点在于开发体系中光生电荷分离受促进，以及对可见光波段响应的高效薄膜光催化材料。而这两个方面正是当下半导体光催化技术的研究热点。 近几年，Ozin, Nishimura和Li等人分别利用二氧化反蛋白石进行光催化降解污染物和光伏电池应用，并引入慢光子效应(或红边效应)和多重散射效应等概念到光催化反应中。对入射光进行调制并利用材料特殊结构引发光化学放大效应，这对于光催化反应来说非常有吸引力。然而，Ozin的研究组对光子晶体的研究主要在于使用和半导体带隙能量相当的单色光光源激发光催化体系产生慢光子效应，从而影响体系的光催化效果;他们还证实在轻度混乱的反蛋白石结构中，慢光子效应仍然可以提高光催化效果。Nishimura的研究组则采用和半导体表面吸附染料的吸收波长匹配的光来研究光化学放大效果。对于这类光学结构在光催化中的应用，本研究关注的问题有两点:如何扩展二氧化反蛋白石的光响应范围使之在可见光下受激发;反蛋白石结构中慢光子效应和多重散射效应究竟谁的作用更大。因此，笔者开发了新的工艺，使用以简单、清洁、便宜而闻名的液相沉积技术直接在二氧化硅蛋白石模板中沉积得到同时具有介孔和三维有序大孔的氮、氟共掺二氧化反蛋白石薄膜。设计选择了一系列具有合适的入射光波长、结构孔尺寸、光子禁带位置，以及无序度等参数的对比样品，分别研究产品在可见光和紫外光照射下的光催化性能。 在此基础之上，利用简单的液相沉积法对氧化锌反蛋白石薄膜进行选择腐蚀和二氧化沉积，得到拓扑形貌和组分可变的反蛋白石薄膜。对液相沉积二氧化反蛋白石、电沉积氧化锌反蛋白石、溶胶一凝胶法制备的二氧化反蛋白石、二氧化和氧化锌复合反蛋白石等一系列样品进行了光催化对比研究，进一步分析了拓扑形貌和薄膜组分等因素对光催化的影响。 此外，复合半导体由于其在调节光催化体系中的光生电荷迁移机制、抑制电荷再复合方面的优势，而受到广泛关注。目前这方面的研究主要停留在二元半导体复合，如氧化锌和硫化锅体系。本论文中采用简单实验方法制备了新型三元半导体复合体系，以一维纳米柱阵列薄膜为基础，将具有不同能带结构的三种半导体硫化银、硫化锅和氧化锌进行复合，并对所得样品进行了详细的表征和分析。同时负载了硫化银和硫化锅颗粒的氧化锌纳米柱阵列薄膜形成了“宽带隙半导体一窄带隙半导体I一窄带隙半导体H”的三元体系，本文对此结构的光催化性能进行了详细研究，并提出了该体系的光生电子迁移机制和光催化反应机理。 总之，本文对半导体光催化剂氧化和氧化锌，进行了新颖的物理和化学双重改性，得到一些新的光催化剂体系，并对其进行了详细表征和分析。而且，系统研究了这些体系的光催化性能及光催化机制。 [1] A. Fujishima, K. Honda, Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode,Nature, 238 (1972) 37. [2] L.P. Zhu, N.C. Bing, L.L. Wang, H.Y Jin, G.H. Liao, L.J. W