大學生“納米科技”興趣小組的開展①

摘 要：結合與納米技術相關的科研課題，引導學生了解科學研究的思路，激發學生探求科學的興趣，提高學生的實驗操作技能和自主創新的能力。我們將興趣小組的開展分成：納米材料的基本知識及制備方法，染料敏化納米薄膜太陽電池，納米科技在光催化、光吸收等方面的應用。

關鍵詞：納米材料 太陽電池 光催化 興趣小組

中圖分類號：N39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0001-01

為了更好地開展“納米科技”興趣小組，將興趣小組分成以下幾個部分來實施：納米材料的基本知識及制備方法，染料敏化納米薄膜太陽電池，納米科技在光催化、光吸收等方面的應用。

1 納米材料的基本知識及制備方法

“納米科技”興趣小組剛開展時，指導學生查閱文獻的方法，為小組成員提指導學生制作太陽電池，首先制作納米二氧化鈦，有很多參數會影響到納米供相關科技書籍，指導學生掌握相關知識：納米概念、納米微粒結構、納米材料的物理化學性質、納米材料的制備方法等，啟發學生主動學習科學知識，激發學生對納米科技的興趣。

針對小組成員是大一新生，理論知識和實驗技能相對不足，利用課余時間指導小組成員學習理論知識和常規的實驗技能，指導小組成員做一些簡單的材料制備實驗，熟悉紫外-可見分光光度（UV-Vis）、pH計等分析儀器。給小組成員布置學習任務，按期提交學習心得，督促小組成員盡快掌握基本的理論知識和實驗技能。給學生做演示實驗，指導實驗的關鍵點。通過言傳身教，讓學生懂得科學的嚴謹性，養成多動腦筋、勤觀察現象、善于分析的好習慣。指導學生掌握如何設計實驗方案，如何記錄實驗現象，如何進行實驗分析和數據處理。組織小組成員進行討論交流，提高學生獨立思考、分析理解能力、動手操作和自主創新的能力；增強學生的綜合能力，促進學生素質的全面發展。

在興趣小組的實施過程中，小組成員通過查閱資料、文獻檢索、聽講座、看演示實驗、動手做實驗、討論交流等方式了解納米科技，熟悉納米材料的基礎知識，納米材料的制備方法：共沉淀法、水解法、溶膠-凝膠法和微乳液法等，能動手制備一些納米材料，如：納米二氧化鈦、納米二氧化硅等。

隨著小組成員理論知識和實驗技能的提高，指導學生掌握實驗方案及注意事項，讓學生動手做一些實驗。指導學生利用實驗數據分析實驗結果，比較各個工藝路線的優劣，討論如何設計下一步的實驗方案。指導學生記錄實驗過程，實驗現象，以及一些困惑和思考。學生在做科學研究時，興趣更大，操作更加細致認真。先后做的實驗有：納米二氧化鈦的制備，并用紫外-可見分光光度分析納米二氧化鈦的的光化學性質；制備摻雜型納米二氧化鈦材料，納米二氧化鈦和二氧化硅復合材料的制備。納米TiO2顆粒容易團聚形成較大的聚集體，對納米TiO2進行表面改性以避免其團聚現象。納米TiO2顆粒的晶型、顆粒大小對光催化性能起著決定性的作用，分析影響光催化劑晶型、粒徑的因素，控制納米TiO2的晶型和粒徑。

2 染料敏化納米薄膜太陽電池

給學生介紹染料敏化納米薄膜太陽電池（DSC），DSC具有廉價的原材料和簡單的制作工藝以及穩定的性能等優勢。DSC采用有機染料來敏化納米多孔TiO2半導體，由于有機染料分子設計合成的靈活性和納米半導體技術的迅猛發展，DSC在技術發展和性能提高上有很大的潛力。

TiO2的形態（粒徑、顆粒形狀、孔隙和比表面積等），還有pH值及反應溫度和時間等。在第一階段已經做過納米二氧化鈦，然后合成染料敏化劑聯吡啶釕，染料敏化劑在太陽電池中的作用是極其重要的，它具有很寬的光譜吸收范圍和良好的穩定性，能有效地捕獲太陽光，并通過染料分子的吸附功能基團與納米TiO2薄膜表面形成化學鍵，使染料能夠有效地敏化納米TiO2薄膜電極。將合成的染料溶于乙醇中，配制成染料溶液。第三步配制電解質。第四步，準備好導電玻璃，將二氧化鈦薄膜印刷到導電玻璃上，然后浸泡到染料溶液中，在反電極的玻璃上鍍上一層鉑。最后將兩片導電玻璃固定好，注入電解質，密封好就得到太陽電池了。學生親自動手制作電池，興趣很大，動手能力也得到很好的鍛煉。

3 納米科技在光催化、光吸收等方面的應用

指導小組成員學習納米材料在光催化、光吸收、生物、醫藥、磁性材料及傳感器等方面的應用；指導小組成員分析納米二氧化鈦的應用研究，如在水處理、氣體凈化、抗菌保潔等方面的應用；指導小組成員學習工業廢水的常規處理方法，以及催化劑的性質和應用；指導學生將所學知識運用到實踐中，將金屬離子摻雜納米二氧化鈦光催化劑應用到光催化降解工業廢水中。

采用溶膠-凝膠法制備共摻雜鋅、銀的納米TiO2光催化劑，提高納米TiO2的光催化效率。考察摻雜量、催化劑加入量等對光催化性能的影響。在處理制漿造紙工業、農藥制造、印染、化工等多種工業排放廢水方面顯示出良好的應用前景。這種光催化技術對解決環境污染，治理環境有重要的意義，特別是在全球環境惡化，病毒性傳染病時有發生的今天，加強光催化降解有機污染物技術更為重要。以甲基橙染料廢水的光催化降解為例，分析鋅、銀共摻雜納米TiO2光催化劑的降解效率。分析影響甲基橙染料廢水的光催化降解的因素：光照強度、反應時間、催化劑用量、pH值、有機廢水濃度等。

4 結語

通過“納米科技”興趣小組的開展，小組成員對科學研究產生了很大的興趣，學到了很多有用的科技知識和實驗技能，掌握了科研的一些基本方法和技能，能進行文獻的檢索，實驗方案的選擇等，能用紫外-可見分光光度（UV-Vis）對納米光催化劑的光化學性質進行分析，能比較各個工藝路線的優劣，討論如何設計下一步的實驗方案。“納米科技”興趣小組的開展大大提高了小組成員對專業課的學習興趣，為今后走向工作崗位奠定了一定的理論知識和實驗操作技能。

通過“納米科技”興趣小組的開展，小組成員能制備出納米二氧化鈦、共摻雜鋅、銀納米TiO2光催化劑等納米材料。這種新型光催化劑是造紙、農藥、印染、化工等多種企業所需要的，為企業解決工業廢水的治理問題。

參考文獻

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