产品研发报告初稿.docx
产品研发报告初稿 1.概述1.1研制背景近年来，纺织和制药行业的水污染问题已经成为严重的环境问题，围内解决这个问题。基于半导体的光催化技术由于其环境友好和成本较低而受到越来越多的关注。在各种半导体材料中，氧化锌由于其氧化还原电位高、激子结合能大、物理和化学稳定性较好、廉价且无毒被用作光催化剂。尽管这些ZnO纳米结构的光催化活性很高，但由于ZnO光催化剂中的光生电子-空穴对易于复合，导致光量子利用率低，从而降低其光催化效率。因此，拓宽ZnO光催化剂的光响应范围、提高光催化过程中光生电子空穴的分离效率，开发基于ZnO改性的高效光催化剂已成为现阶段重大前沿科学探索领域之一。本发明采用水热法制备了稀土Eu3+掺杂的氧化锌纳米球，并以此为催化剂降解甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝等有机染料，实验证明，铕掺杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性，所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具有良好的应用前景。 1.2国内外相关产品发展现状1.2.1单一半导体光催化剂常见的单一化合物光催化剂为金属氧化物或硫化物半导体材料。例TiO2,WO3,ZnO,ZnS,CdS等，它们具有较高的禁带宽度,能使化学反应在较大的范围内进行。用于有机化合物降解的良好的半导体光催化剂的关键是H2O/OH(OH-=OH+e-;Eo=-218V)的还原电位小于金属材料的禁带宽度,且能在相当一段时间内保持稳定。在上述单一化合物半导体材料中，金属硫化物和氧化铁的多晶型物它们易受到光阴极腐蚀而影响了其活性和寿命，因而不是最佳的光佛化材料。TiO2因其化学性质稳定、抗光腐蚀能力强、难溶、无毒、成本低，是研究中使用最广泛的光催化材料，它能很好地利用可见光中的390m以下的紫外线，而不必使用昂费和有害的人造光源(如高压汞灯等)所发出的短波长紫外光。不过它也有不完美之处，TiO2的禁带宽度为3.2eV,其对应的吸收波长为387.5mm,光吸收仅局限于紫外光区。但这部分光尚达不到照射到地面太阳光谱的5%，且TiO2量子效率最多不高于28%,因此太阳能的利用效率仅在1%左右，大大限制了对太阳能的利用。而氧化锌由于其氧化还原电位高、激子结合能大、物理和化学稳定性较好、廉价且无毒被用作光催化剂。铕掺杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性。 因此，为促使光生电子与空穴的分离，抑制其复合,从而提高量子效率，扩大激发光的波长范围，以便充分利用太阳能提高光催化剂的稳定性.目前，有数种常用的半导体光催化剂的改性技术，主要包括过渡金属离子掺杂，贵金属沉积、稀土金属离子掺杂、半导体光催化剂的复合和其它新型光催化剂的开发等。 1.2.2过渡金属掺杂在半导体中掺杂不同价态的过渡金属离子，不仅可以加强半导体的光催化作用，还可以使半导体的吸收波长范围扩展至可见光区域.从化学观点看,金属离子的掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变了其结晶度,成为电子或空穴的陷阱而延长寿命。 Choi等系统地研究了21种过渡金属离子掺杂的TiO2纳米晶，发现在品格中掺杂质量分数为11%15%的Fe，Mo，Ru2,0s2，Re2，V和Rh2增加了光催化活性，并认为掺杂的浓度、掺杂离子的分布，掺杂能级与TiO能带匹配程度、掺杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响。 从前人研究的成果来看对于过渡金属离子的掺杂,其浓度对光催化性能的提高有着重要的影响。当掺杂量较少时,增加杂质离子的浓度,载流子的捕获位会随之增多，使得载流子寿命延长，为电荷传递创造了条件，因而活性提高。当掺杂超过一定浓度后，掺杂离子反而成为电子和电荷的复合中心，不利于载流子向界面传递。并且过多的掺入量会使TiO表面的空间电荷层厚度增加，从而影响TiO吸收入射光量子，不利于光催化性能的提高。因此,对于过渡金属离子的掺杂一般存在一个最佳量。 .稀土金属离子的掺杂除了上述的提高光催化剂催化性能的方法外,掺杂稀土金属离子也可以提高TiO的光催化性能。复旦大学电光源研究所研究，ZnO纳米颗粒是一种绿色环保、合成成本低的材料,广泛应用于发光以及光催化领域。稀土元素具有独特的性质,通过稀土元素掺杂ZnO,可以得到具有优良特性的发光材料和光催化剂,同时在传感以及抗菌方面也有巨大的潜力。 .产品简介()将0.5g的醋酸锌溶于20mL无水乙醇中，并加入0.1g的NaOH，再加入0.08790.4229g的硝酸铕，搅拌1h得到均匀混合溶液； （）将步骤()所得的混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的反应釜中，在180条件下反应5h，然后冷却得到产物； （）将步骤（）中所得的产物用无水乙醇和水分别洗涤、离心分离3次，在70条件下烘干12h，再放入马弗炉中800烧结1h，即得所述掺铕氧化锌光催化剂材料。 制备的掺铕氧化锌对三种不同染料(亚甲基蓝，MSDS； 罗丹明B，RodamineB； 甲基橙，MO)降解50min和100min后的降解率，对光照50min和100min的降解率进行比对，可看出在两个时间点，均是对10mg/L的亚甲基蓝的降解率最好。 .依据标准稀土元素具有丰富的能级,特殊的4f电子跃迁特性和光学性质,不仅能够以离子掺杂或半导体复合的形式有效提升传统TiO2，ZnO纳米颗粒是一种绿色环保、合成成本低的材料,广泛应用于发光以及光催化领域。稀土元素具有独特的性质,通过稀土元素掺杂ZnO,可以得到具有优良特性的发光材料和光催化剂,同时在传感以及抗菌方面也有巨大的潜力。 .研究方法采用简单的水热法制备了稀土Eu3+掺杂的氧化锌纳米球，并以此为催化剂降解甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝等有机染料，实验证明，铕掺杂氧化锌光催化剂对有机污染物有较高光催化降解活性，所制得光催化剂在有机染料废水处理方面具有良好的应用前景。 .结束语.研究报告主要是实验室研究应尽快过渡到大量生产阶段。 .研究报告的依据包括文献依据与实验依据。 .未来展望在执行提交研究报告文件过程中，也可能遇到一些新问题，这需要团队人员同心协力，逐个解决，共同迎接更加环保的明天。 3
