开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 课题背景
最天然的氮源是大气中的氮气，如何将空气中的氮气转换为所需要的氨是我们需要研究的问题。合成氨有自然固氮和工业固氮，工业固氮应用较为广泛，主要是金属铁催化剂在高温高压的条件下可以裂解氮氮三键（）。但在断裂化学键合成氨的过程中对能源的消耗很大。于是人们想要在较温和的条件下将氮气转化为氨。半导体光催化是一种将光能转化成化学能，促使化合物的合成或分解的过程。它有两个较为显著的特点：第一，光催化技术的光源是太阳光，成本低，易获取；第二，光催化可以将水、空气中存在的有机污染物等完全氧化成二氧化碳和水等产物，不会产生二次污染。二氧化钛作为一种良好的光催化剂，具有化学性质稳定、光催化效率较高、热稳定性强和不产生二次污染等优点。
物体的长度为 米称为纳米，由粒径为 1~100 nm 大小的粒子所组成的材料称之为纳米材料。纳米材料存在许多不同于块体材料独特的特性，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，广阔的科研前景使得这一研究领域不断突破发展。纳米二氧化钛具有纳米粉体的多种效应，因此也具有纳米材料的相关特性，如高强度、高比热、高吸波性和高扩散性等 。因此，它是一种非常具有应用前景的绿色光催化材料。其光催化特性可以应用在在净化空气、治理废水和杀菌消毒等方面。
- 要解决的问题
迄今为止研究的大多数光催化剂在500nm以上均表现出弱的光吸收，严重阻碍了其对光催化的太阳光谱利用效率。但目前仍有许多因素制约着二氧化钛纳米粒子的广泛应用。二氧化钛由于其带隙较宽的特点，使其仅能吸收波长小于380 nm的紫外光，对太阳光的利用率低，并且光生电子-空穴易于复合，光量子效率较低。
研究非均相催化领域已将重点转移到绿色和可持续的技术和工艺上。在生产氨的情况下，尽管找到了可以将氮气有效地转变为水的催化剂，但非常希望用水作为还原剂来代替氢气稳定地向氨和氧气迁移是一个巨大的技术障碍。二氧化钛一般存在状态是粉末，在溶液中产生氢气或者降解污染物时极易发生团聚而难以保证其催化活性，并且很难进行分离达到循环利用。同时希望能够寻找好的光催化固氮纳米材料。
- 可行性分析
通过文献调研我们发现，成功的水热合成超薄的二氧化钛纳米片具有丰富的氧空位和固有的压缩应变，通过一种简便的铜掺杂策略实现。这些富含缺陷的超薄锐钛矿型纳米片在水中将氮气光催化还原为氨时表现出显着且稳定的性能，表现出高达700 nm的光活性。氧空位和应变效应使分子氮和水具有较强的化学吸附作用和活化作用，从而在可见光照射下导致异常高的氨析出速率。因此，这项研究为利用太阳能固定大气中的氮气提供了一种有前途和可持续的途径。
从有效利用太阳能的角度出发，必须开发具有宽吸收范围（理想情况下可达700 nm）的新型半导体光催化剂，以在环境条件下有效地固氮。已证明包含大量氧空位（）的超薄CuCr层状双氢氧化物（LDHs）纳米片在高达500 nm的波长下表现出出色的氮气还原活性。随着层状双氢氧化物纳米片厚度的减少，浓度较高，氮气吸附性能和光诱导电荷传输也有所改善。向二氧化钛中引入之类的缺陷有望为氮气吸附提供更多的活性位点，从而可以增强光催化性能。
通过掺杂铜离子来精确控制超薄二氧化钛纳米片中的浓度，温和条件下在可见光照射下大大提高了氮气的光固定性能。含有6 mol％Cu的富含缺陷的二氧化钛纳米片，在紫外线和可见光下表现出对水中氮气固定为氨的显着且稳定的性能。这种出色的活性归因于Jahn–Teller变形以及在Cu掺杂，从而产生大量的并将压缩应变引入二氧化钛纳米片中，从而起到协同作用促进氮气的吸附和活化，同时促进紫外可见或可见光下的快速电荷分离。
- 研究方法和内容
纳米材料的合成方法主要分为化学法和物理法，化学法中最常见的制备方式是水热法，其特点是无需经过高温即可得到结晶粉末，且得到的产物粒径可控，纯度较高。这是文献中已经使用的方法，已经证明合成的纳米材料有非常好的可见光催化活性，怀疑有较好的光催化活性是氧空位缺陷所造成。所以本课题也将通过水热合成法合成包含铜离子的超薄二氧化钛纳米片，进行光催化固氮实验，进一步寻找光催化固氮材料，并且验证材料性能改进的机制。
光催化固氮反应也将采取文献中已经使用的方法，在石英玻璃光催化反应器中进行反应，实验将处于常温常压的条件。反应温度保持在25℃，并且尽量避免实验中产物氨的挥发。选择合适光源启动催化反应，反应完成后通过化学法或仪器分析法对产物氨进行检测。
以上是文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
