铁电半导体BiFeO3 纳米粉体还原CO2 的研究开题报告

1. 研究目的与意义

现代社会的高速发展使得能源和生态环境问题进一步恶化，使环境和能源成为 21 世纪人类面临和必须解决的两大难题。一方面，大气中 co2 含量不断升高而导致全球温室效应，全球气候变暖导致灾难性的各种自然灾害频繁发生；另一方面，不可再 生的燃料资源也日益匮乏，人类社会的可持续发展 面临巨大挑战。因此，人工模拟光合作用备受关注，其基本原理是利用太阳光激发半导体光催化剂，从而产生光生电子空穴对，并诱导co2氧化还原反应合成有价值的烃类，如ch4、ch3oh、hcho和hcooh等。

由于自然界中具有取之不尽、用之不竭的太阳能，在光照充分的地区，可以充分利用可持续清洁太阳能来模拟自然界中的光合作用进行光催化还原过程以实现co2还原。在解决 全球暖化及化石燃料枯竭等问题的同时，又使 co2 得以资源化形式循环利用。因此发展光催化 技术非常必要而且十分有潜力。1972年，fujishima 和honda发现tio2的光催化效果，但是由于其带隙 较宽，仅在紫外光波段比较敏感，对太阳光利用不够 充分。因此掀起了人们对其他光催化材料的研究热潮。其中光催化剂的研究是其中最重要也是最难以突破的一环，现在的研究主要集中在如何优化半导体光催化剂的结构和表面缺陷构造，以此来提高对光的尽可能的吸收利用和提高电荷分离效率，最常见的方式包括异质结构造、表面缺陷构建、高能晶面暴露和引入贵金属催化剂等。

前人的研究表明，以 tio2 为代表的宽禁带半导体光催化剂，对紫外光有较好响应性，尽管己采用了多种敏化改进措施提高其对可见光的利用率，但总的来讲其光催化还原效率仍非常低。而对于co2的光催化还原反应体系，由于co2/c1有机物的氧化还原电位较高，而 o2/h2o 的氧化还 原电位又较低，因此，除了要设法改变其氧化还原电位，还需要改变催化剂的电子结构。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

3. 研究的方法与步骤

1. 在阅读了大量的文献基础上，了解铁酸铋的结构和性质。

2. 在上述基础上，了解铁酸铋的不同制备方法，及其产物对应微观形貌 和晶体组成，总结各制备方法的优缺点，及如何制备纯相铁酸铋纳米粉体。

4. 参考文献

[1] y. xiao, y. qian, a. chen, t. qin, f. zhang, h. tang, z. qiu and b. lin, an artificial photosynthetic system with co2-reducing solar-to-fuel efficiency exceeding 20%#8224;[j], j. mater. chem. a, 2020

[2] h. yu, f. chen, x. li, et. al., synergy of ferroelectric polarization and oxygen vacancy to promote co2 photoreduction, nature communications , (2021) 12:4594.

[3] m. zhu, s. li, h. f. zhang, et. al., diffused phase transition boosted dye degradation with ba(zrxti1#8722;x)o3 solid solutions through piezoelectric effect[j], nano energy, 89, 106474 (2021).

5. 计划与进度安排

2024年2#12105;20#12103;-2#12105;24#12103;：下发毕业论#12098;任务书

2024年2#12105;20#12103;-3#12105;3#12103;：学#12131;完成开题报告

2024年3#12105;6#12103;-5#12105;21#12103;： 毕业论#12098;写作