1. 研究目的与意义
近年来，随着全世界日渐加重的环境污染，半导体光催化体系处理水污染问题已被广泛研究。光催化剂能在光照的条件下，使空气或者水中的有害物质发生化学反应从而生成一些无污染的产物如水、二氧化碳等，降低对环境的污染。在当前的光催化学术界，改性TiO2纳米光催化剂的应用广泛，本课题主要研究不同的稀土金属共掺TiO2纳米复合光催化剂的制备和表征。在过去的数十年中，因为稀土掺杂的纳微米材料在荧光粉、先进平板显示器、生物和化学标签等领域具有潜在的应用价值，所以它们受到了研究学者的广泛关注。TiO2作为半导体材料中应用最广的一种，它具有特殊的晶体结构、高折射率、低声子能量、足够的热学和环境稳定性等特点，因此将其用作稀土掺杂的主体材料已经被广泛的研究。基于此，本课题研究出来的光催化剂能具备较高的活性，可重复利用率高，寿命长等特征，更好的应用于生产实践中如废水处理、空气净化等。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：
1、参照镧、碘共掺二氧化钛纳米复合光催化剂的制备方法，将镧替换为其他稀土金属元素获得其他共掺二氧化钛纳米复合光催化剂；
2、对获得的样品依据镧、碘共掺光催化剂的表征方式进行表征，对影响产率的因素，合成条件进行优化；
3. 国内外研究现状（文献综述）
工业革命以来，科学技术的成就和经济的发展使人类的物质生活水平有了很大提高，但同时也出现了环境污染、资源短缺两大问题，威胁着人类的生存甚至地球的命运[1]。近年来，利用TiO2的光催化性质治理环境污染是日益重视的新技术，TiO2在常温常压下就可以反应，并且能耗低，反应条件温和，反应速度快，最终得到的产物是水、二氧化碳和无害盐类，不会对环境产生二次污染。但是纳米TiO2在受到光能激发后，产生电子-空穴对，影响光催化的效率，因此为了减小电子与空穴的复合概率一般采用掺杂少量稀土离子的方法。稀土金属是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17中元素的总称，化学稳定性强，主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷等工业。
制备
目前，元素掺杂主要采用溶胶-凝胶法实现，依据前人的研究成果[2]，本课题主要采用沉淀-浸渍的方法合成一系列可见光型稀土共掺杂TiO2纳米复合光催化剂。同时，应用XRD、TG-DSC、TEM、UV-Vis等方法表征光催化剂。通过探究焙烧温度、掺杂浓度等制备条件，分析颗粒大小、晶形晶貌、比表面积、光吸收性能及光催化活性的影响，达到优化催化剂的效果，制备出较高活性的光催化剂，为建立低成本的掺杂改性TiO2光催化剂的制备工艺提供新的方法。
4. 研究方案
本课题致力于通过一系列的方法对TiO2微球进行可控合成，并对其性能进行测定。着重考察合成的方法和产物的相关性能。
（1）使用不同的稀土金属掺杂在TiO2中，制备出相应的样品，通过XRD、TEM、XPS、UV-Vis等手段分别表征各稀土金属对TiO2改性的影响，包括晶体组成、结构和形貌、热解机理分析、光学性质以及催化活性的影响。
（2）对结果进行对比分析，通过对活性艳蓝19染料的降解以及紫外-可见分光光度计（UV-2000）对反应条件进行优化，获得最优化合成工艺。
5. 工作计划
第一学期第17-19周： 查阅、收集关于新型光催化剂制备和性能的相关文献，确定以不同稀土金属掺和TiO2纳米复合光催化剂为主题的研究设计，通过文献了解稀土元素掺和二氧化钛催化剂的功能和重要性，能够很好地解决环境污染问题，确定制备的方法，设计实验方案，撰写开题报告，撰写开题报告PPT准备开题报告答辩，外文文献翻译。
第二学期 第1-4周：做基本的实验，能够熟练地掌握基本实验操作方法。
第5-8周：做实验，对样品进行表征，对比结果，记录数据，处理讨论数据结果，准备期中小结。
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