1. 研究目的与意义（文献综述）

环境污染和能源危机是当今世界上困扰人类的两大问题。由于对化石能源的过度使用，由化石燃料燃烧产生的一系列问题引起了许多关注，寻找一种新型的可替代清洁能源变得尤为迫切。氢能是全球公认的可再生能源，它能够满足人们对清洁能源日益增长的需求。在水中加入光催化剂，在太阳光的照射下催化分裂制氢是一种很有前途的生产氢气的途径。^[1-5] 二氧化钛具有十分优秀的光电性能以及物理特性。在水分离，传感器，光催化，染料敏化太阳能电池等领域中具有十分广阔的应用的前景，因而是目前的研究热点。其中，尤其在光催化领域，二氧化钛作为目前应用最为广泛的半导体材料之一，探究如何合成高光催化活性的二氧化钛材料具有重要的研究意义。^[6]但是, 其也存在有一些固有缺陷，一方面，作为一种 n 型半导体，其较大的带隙能(金红石型 3.03ev , 锐钛矿型 3.2ev)使得只有387nm 以下的紫外光才能有效激发其价带电子跃迁到导带, 所以对太阳能的利用率仅仅为3 %—5 %；另一方面，光生电子空穴对的快速复合也导致其催化活性下降，这制约了该项技术在实际工程中的应用。^[7]为了克服这些缺点，人们进行了长时间的研究和探索。

由于材料往往因为其微观形貌还有空间排布方式的不同而导致性能上的巨大差异，由此，探究如何去合成形貌优良的tio₂，以及如何增强其性能，是目前研究者们探求的热点。而近年来，由于分级结构在材料的电，磁，光，热，还有一些化学方面的性质有着明显的优化作用，广大研究者的关注点开始放到构造多维分级结构的研究上，将tio₂制成纳米管，纳米颗粒，纳米立方体，纳米片，薄膜等。由于独特的二维结构，纳米片引起了很多关注。二维纳米片层具有极大的表面积、丰富的活性位点及独特的光电特性,在电化学储能、光电、催化等领域蕴藏着巨大的应用价值。^[9]但由于纳米片的表面能比较高导致片与片之间易于复合，影响光催化的稳定性，所以采用合成纳米片管的方法来解决这一问题。纳米片管结构结合了片和管两者的优点，纳米片的结构意味着其具有高的比表面积，纳米管的空心结构可以有效的提升催化过程中的物质传输效率，继而增强材料的光催化性能。^[10-15]

当下，合成tio₂纳米管的方法有以下几种：水热法、溶剂热法、电化学阳极氧化法和模板辅助法。其中，溶剂热法被广泛应用与合成金属氧化物，其与水热法几乎相同，不同之处在于这里使用的水溶液是有机溶剂。但它相对于水热法来说能够在更高的温度和压强下对晶粒大小、晶相、大小分布和团聚进行操控，而溶剂在确定晶体形态中起着关键作用。用溶剂热法制备tio₂纳米管通常使用甘油作为溶剂。^[16-21]

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：以乙醇、乙醚、甘油和硫酸氧钛为原料，用溶剂热法制备tio₂纳米片管。最终将所得的纳米片管材料烘干，在马弗炉中高温煅烧，制得最终产物。

材料表征：用sem对所得的煅烧后的tio₂纳米片管材料进行表征，观察其表面形貌。用xrd对所制得的材料进行物相表征。用氮气吸附-脱附对材料内部的孔道结构进行表征，计算其孔径分布及孔容量。用紫外-可见光谱、气相色谱测试对其光催化性能进行测试，比较原始样品和煅烧后的样品光催化活性的差别。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照设计方案进行准备实验，包括实验原料的采购以及熟悉光催化性能测试方法。

第8-11周：采用xrd、sem、氮气吸附-脱附、紫外测试等方法进行测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]xiangcheng zhang etal. ti³ self-doped black tio₂ nanotubes with mesoporous nanosheet architecture as efficient solar-driven hydrogen evolution photocatalysts[j]. acs sustainable chem. eng. 2017, 5, 6894#8722;6901.

[2]paramasivam, i., jha, h., liu, n. amp; schmuki, p. a review of photocatalysis using self-organized tio ₂ nanotubes and other ordered oxide nanostructures[j].small 8, 3073–3103 (2012).

[3]畅文凯.纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能[d].北京化工大学,2013.