基本信息
- 项目名称：
- CVD法制备CNT/TiO2见光催化材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 用CVD法对TiO2进行修饰，使其和CNT进行复合，从而使其可以吸收可见光进行光催化反应，对难降解的有机物进行处理。
- 详细介绍：
- 非金属掺杂会使TiO2在不降低量子效率和热稳定性的前提下，具有良好的可见光响应。其中非金属N的掺杂能够明显增强TiO2的可见光吸收和光催化活性；而C掺杂TiO2在可见光区域的光催化活性更是高达N掺杂TiO2光催化活性的5倍。另有报道，半导体复合是提高光催化反应效率的有效手段，其中CNT/ TiO2复合材料具有很好的发展前景。但是，尽管CNT/ TiO2复合材料在光催化降解有机污染物方面，取得了非常好的效果，由于现有的CNT/TiO2复合体系大部分是采用分散包覆的方式，这样会使碳纳米管和TiO2不能紧密结合，从而大大减弱二者的协同作用。同时，上述CNT/ TiO2复合材料的可见光光催化性能较差，体现了单一改性方法的局限性，亟需结合其他改性方法，发挥协同作用，共同提高光催化材料对太阳能的利用率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：使TiO2可以吸收可见光进行光催化反应。 基本思路：通过CVD法在TiO2表面复合CNT，改善光催化量子效率；CVD过程实现C掺杂，使TiO2吸收边扩展到可见光区域。 创新点：1、借助溶胶-凝胶工艺，结合CVD法制备CNT/TiO2，使其复合更紧密均匀； 2、充分发挥CNT复合和C掺杂的作用，使TiO2的光谱响应区间扩展到可见光区域。
科学性、先进性
- 科学性与先进性：TiO2光催化技术在实际应用中面临的最主要的技术问题是光催化量子效率低和对太阳光谱的吸收区间较窄。 通过CVD法制备的CNT/TiO2材料，可以利用CNT特有的良好的性质，增加光催化反应的量子效率；同时，CVD过程可实现C掺杂，能够使TiO2的光吸收区间扩展到可见光区域。本研究的设计方案能够用科学的理论解释，制备的CNT/TiO2光催化材料，其光催化性能可以通过科学的实验（亚甲基蓝光降解实验）来证明，因此具有科学性与先进性。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 环境污染与能源危机是本世纪人类社会进步与发展的潜在威胁，本作品在不追加额外能耗的前提下，利用最理想的清洁能源——太阳能，借助半导体的光催化特性，解决严重阻碍现代化进程的环境污染问题，具有广阔的应用前景。本作品与社会生活及发展息息相关，具有重要的实际应用价值和现实意义。
同类课题研究水平概述
- 随着工业“三废”排放的急剧增加，环境污染给人类生存和发展带来了空前的威胁。并且随着科学技术的发展和现代化进程的推进，越来越多的新型有机物依靠传统方法难以彻底降解、矿化，亟需为这些难降解有机物寻求一种行之有效的降解方法。 自从1972年发现TiO2材料的Honda-Fujishima效应以来，以TiO2为代表的半导体光催化材料的研究取得了迅速发展。到了1977年，Frank等将此技术应用于污染物在水体系中的降解并取得突破性进展，进而为光催化氧化技术在污染治理方面的应用做出成功典范并引领出此崭新的研究领域。 由于TiO2的禁带宽度（锐钛矿Eg＝3.2 eV）较宽，只能利用波长小于380 nm的紫外光进行光催化反应。而照射到地球表面的太阳光谱中，紫外光只占一小部分（约占3-5%），而不能利用的可见光约占45%。因此，如果能够使TiO2的光响应发生红移，由紫外区域扩展到可见光区域，对于提高材料的光催化效率和太阳能利用效率将具有极为重要的现实意义。 近年来的研究结果表明，非金属掺杂会使TiO2在不降低量子效率和热稳定性的前提下，具有良好的可见光响应。其中非金属N的掺杂能够明显增强TiO2的可见光吸收和光催化活性；而C掺杂TiO2在可见光区域的光催化活性更是高达N掺杂TiO2光催化活性的5倍。另有报道，半导体复合是提高光催化反应效率的有效手段，其中CNT/ TiO2复合材料具有很好的发展前景。但是，尽管CNT/ TiO2复合材料在光催化降解有机污染物方面，取得了非常好的效果，由于现有的CNT/TiO2复合体系大部分是采用分散包覆的方式，这样会使碳纳米管和TiO2不能紧密结合，从而大大减弱二者的协同作用。同时，上述CNT/ TiO2复合材料的可见光光催化性能较差，体现了单一改性方法的局限性，亟需结合其他改性方法，发挥协同作用，共同提高光催化材料对太阳能的利用率。
