大學(xué)生“納米科技”興趣小組的開(kāi)展①

摘 要：結(jié)合與納米技術(shù)相關(guān)的科研課題，引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)研究的思路，激發(fā)學(xué)生探求科學(xué)的興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和自主創(chuàng)新的能力。我們將興趣小組的開(kāi)展分成：納米材料的基本知識(shí)及制備方法，染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池，納米科技在光催化、光吸收等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：納米材料 太陽(yáng)電池 光催化 興趣小組

中圖分類(lèi)號(hào)：N39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0001-01

為了更好地開(kāi)展“納米科技”興趣小組，將興趣小組分成以下幾個(gè)部分來(lái)實(shí)施：納米材料的基本知識(shí)及制備方法，染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池，納米科技在光催化、光吸收等方面的應(yīng)用。

1 納米材料的基本知識(shí)及制備方法

“納米科技”興趣小組剛開(kāi)展時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的方法，為小組成員提指導(dǎo)學(xué)生制作太陽(yáng)電池，首先制作納米二氧化鈦，有很多參數(shù)會(huì)影響到納米供相關(guān)科技書(shū)籍，指導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)：納米概念、納米微粒結(jié)構(gòu)、納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)、納米材料的制備方法等，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)納米科技的興趣。

針對(duì)小組成員是大一新生，理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能相對(duì)不足，利用課余時(shí)間指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)理論知識(shí)和常規(guī)的實(shí)驗(yàn)技能，指導(dǎo)小組成員做一些簡(jiǎn)單的材料制備實(shí)驗(yàn)，熟悉紫外-可見(jiàn)分光光度（UV-Vis）、pH計(jì)等分析儀器。給小組成員布置學(xué)習(xí)任務(wù)，按期提交學(xué)習(xí)心得，督促小組成員盡快掌握基本的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。給學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)言傳身教，讓學(xué)生懂得科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，養(yǎng)成多動(dòng)腦筋、勤觀(guān)察現(xiàn)象、善于分析的好習(xí)慣。指導(dǎo)學(xué)生掌握如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如何記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理。組織小組成員進(jìn)行討論交流，提高學(xué)生獨(dú)立思考、分析理解能力、動(dòng)手操作和自主創(chuàng)新的能力；增強(qiáng)學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。

在興趣小組的實(shí)施過(guò)程中，小組成員通過(guò)查閱資料、文獻(xiàn)檢索、聽(tīng)講座、看演示實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、討論交流等方式了解納米科技，熟悉納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)，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(dòng)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(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的提高，指導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方案及注意事項(xiàng)，讓學(xué)生動(dòng)手做一些實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比較各個(gè)工藝路線(xiàn)的優(yōu)劣，討論如何設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及一些困惑和思考。學(xué)生在做科學(xué)研究時(shí)，興趣更大，操作更加細(xì)致認(rèn)真。先后做的實(shí)驗(yàn)有：納米二氧化鈦的制備，并用紫外-可見(jiàn)分光光度分析納米二氧化鈦的的光化學(xué)性質(zhì)；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(fù)合材料的制備。納米TiO2顆粒容易團(tuán)聚形成較大的聚集體，對(duì)納米TiO2進(jìn)行表面改性以避免其團(tuán)聚現(xiàn)象。納米TiO2顆粒的晶型、顆粒大小對(duì)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(yáng)電池

給學(xué)生介紹染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池（DSC），DSC具有廉價(jià)的原材料和簡(jiǎn)單的制作工藝以及穩(wěn)定的性能等優(yōu)勢(shì)。DSC采用有機(jī)染料來(lái)敏化納米多孔TiO2半導(dǎo)體，由于有機(jī)染料分子設(shè)計(jì)合成的靈活性和納米半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，DSC在技術(shù)發(fā)展和性能提高上有很大的潛力。

TiO2的形態(tài)（粒徑、顆粒形狀、孔隙和比表面積等），還有pH值及反應(yīng)溫度和時(shí)間等。在第一階段已經(jīng)做過(guò)納米二氧化鈦，然后合成染料敏化劑聯(lián)吡啶釕，染料敏化劑在太陽(yáng)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(wěn)定性，能有效地捕獲太陽(yáng)光，并通過(guò)染料分子的吸附功能基團(tuán)與納米TiO2薄膜表面形成化學(xué)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(zhì)。第四步，準(zhǔn)備好導(dǎo)電玻璃，將二氧化鈦薄膜印刷到導(dǎo)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(dǎo)電玻璃固定好，注入電解質(zhì)，密封好就得到太陽(yáng)電池了。學(xué)生親自動(dòng)手制作電池，興趣很大，動(dòng)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(yīng)用

指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)納米材料在光催化、光吸收、生物、醫(yī)藥、磁性材料及傳感器等方面的應(yīng)用；指導(dǎo)小組成員分析納米二氧化鈦的應(yīng)用研究，如在水處理、氣體凈化、抗菌保潔等方面的應(yīng)用；指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)工業(yè)廢水的常規(guī)處理方法，以及催化劑的性質(zhì)和應(yīng)用；指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，將金屬離子摻雜納米二氧化鈦光催化劑應(yīng)用到光催化降解工業(yè)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?？疾鞊诫s量、催化劑加入量等對(duì)光催化性能的影響。在處理制漿造紙工業(yè)、農(nóng)藥制造、印染、化工等多種工業(yè)排放廢水方面顯示出良好的應(yīng)用前景。這種光催化技術(shù)對(duì)解決環(huán)境污染，治理環(huán)境有重要的意義，特別是在全球環(huán)境惡化，病毒性傳染病時(shí)有發(fā)生的今天，加強(qiáng)光催化降解有機(jī)污染物技術(shù)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(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、pH值、有機(jī)廢水濃度等。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)“納米科技”興趣小組的開(kāi)展，小組成員對(duì)科學(xué)研究產(chǎn)生了很大的興趣，學(xué)到了很多有用的科技知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握了科研的一些基本方法和技能，能進(jìn)行文獻(xiàn)的檢索，實(shí)驗(yàn)方案的選擇等，能用紫外-可見(jiàn)分光光度（UV-Vis）對(duì)納米光催化劑的光化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，能比較各個(gè)工藝路線(xiàn)的優(yōu)劣，討論如何設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案?！凹{米科技”興趣小組的開(kāi)展大大提高了小組成員對(duì)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，為今后走向工作崗位奠定了一定的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能。

通過(guò)“納米科技”興趣小組的開(kāi)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(nóng)藥、印染、化工等多種企業(yè)所需要的，為企業(yè)解決工業(yè)廢水的治理問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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