（一）研究目的
本项目旨在通过创新技术利用TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合光电催化电极的制备方法，旨在提供一种新型环保降解模拟染料废水方面的解决方案，减少传统降解废水方法对环境的破坏和使用效率，为净化水污染方面提供关键技术支持，促进相关行业治理废水的能力，提高污水治理排放标准，加大再生水回用力度，助力国家改善环境质量工作的开展，推动相关行业处理废水向更环保、更可持续的方向发展。
（二）研究内容
本项目致力于研究利用TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合光电催化电极的制备方法，金刚石薄膜通过微波气相沉积法，掺杂了硼元素之后使绝缘体的金刚石变为了半导体电极，又通过水热法镀TiO2纳米薄膜，使电极具有电催化和光催化的双重效果，使电极处理效率得到极大的提高。
（三）国、内外研究现状和发展动态
目前尚未确切发现市面上有完全相同的 TiO₂纳米束 / 掺硼金刚石薄膜复合光电催化电极用于降解模拟染料废水的产品或成熟技术，但有一些与之相关的研究和技术应用，具体如下：
1.相近的复合电极研究
ZnO / 掺硼金刚石膜选择性光电功能电极：有研究制备出了高印迹表达的 1D 单晶 ZnO / 掺硼金刚石膜 BDD 选择性光电功能电极，可实现对结构相似、毒性差异大的手性污染物对映体的高选择性、高效光电催化功效，但不是 TiO₂纳米束与掺硼金刚石薄膜的复合。
BDD-TiO₂电极：有专利提到 N - 型 Ti 与 P - 型掺硼金刚石构成的具有 P-N 结特性的 BDD-TiO₂电极，及采用此电极高效光电催化降解水中有机污染物，但未明确提及 TiO₂的纳米束形态
2.相关材料的制备与应用
大面积柔性泡沫铜基掺硼金刚石薄膜：通过 ALD 技术在泡沫铜基底上沉积 TiO₂原子层作为过渡层，再在其上沉积 BDD 膜，制备出大面积柔性泡沫铜基掺硼金刚石薄膜，用于柔性电容器，展现了良好的电化学性能和高循环稳定性，虽未涉及光电催化降解废水，但为 BDD 膜与 TiO₂的复合提供了一种思路和方法。
La-Ce 双稀土金属有机骨架复合改性黑色二氧化钛纳米管双功能光电极：以黑色二氧化钛纳米管为基体，通过硝酸铈和硝酸镧的混合金属盐溶液及对苯二甲酸制备的有机配体溶液，制备出 La-Ce 双稀土金属有机骨架复合改性黑色二氧化钛纳米管双功能光电极，可用于废水中直接产氢的同时实现废水有机物降解，虽然不是与掺硼金刚石薄膜复合，但体现了二氧化钛纳米管在光电催化降解废水方面的应用前景。
不论是在国内还是在国外，政府都有提出相关政策并支付高额资金来应对污水处理的问题。而国外虽具有更先进的污水处理系统，但以掺硼金刚石膜作为电极的污水处理设备并未形成产业化，故该污水处理设备依旧走在市场发展前列。现阶段的产品虽成本较高，但在制作上仍有改进的地方，且其使用寿命长、使用方便等特点足以弥补这一-不足，且我国污水排放量大，其所需产品多，故本产品若能得到推广必将带来巨大的经济效益。同时，也将大大降低现有机污水的处理难度，提高污水处理效率，减轻污水治理企业的负担，促进我国污水治理环保工作的进展，具有极大的社会效益。
（四）创新点与项目特色
1.TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极制备法的创新点如下：
2.1.卓越耐久性：稳定抗蚀，长效循环。很强的机械强度、化学惰性和热稳定性极强的抗腐蚀性，即使在高电化学负荷下如在NaF的酸性溶液中经过几个小时的电解其表面依然很稳定，不像其它的碳电极如玻璃电极容易发生表面被氧化现象，具有较长的电化学寿命。另外，金刚石电极表面不易被玷污，并可以通过加高电压法焚烧掉表面附着的污染物以达到自清洁效果，因此可以长期使用不需更换，且能达到循环利用。
3.2.宽窗强氧化：全域析氧，高效去污。BDD电极无论在酸性碱性或中性水溶液中都有较宽的电压窗口，其宽电势窗特性，比常用的金属电极、非品碳电极、高取向性石墨电极HOPG和PbO2、SnO2等电极具有更高的析氧过电位，可高效率产生过氧化物、羟基自由基、臭礼等强氧化性物质，用于分解水中的有机污染物尤其是难降解有机污染物，使其分解成无毒的二氧化碳，达到不产生二次污染的废水处理的最理想状态。
4.3.高活传质优：弱吸减复，电流高效。金刚石电极有良好的吸附惰性，高析氧电位有利于高活性物种羟基自由基的产生，产生的羟基自由基与电极是一种弱吸附的关系，因此减少了羟基自由基的复合，大量的羟基自由基能够传质到溶液中与有机物或其它物种反应，因此具有较高的电流效率。
5.4.绿色全能手：无添少废，难题克星。掺硼金刚石薄膜电极作为电化学反应器可以处理各种非常规手段难以完成或无法处理的工业废水和填埋场沥出物，作为一项真正的绿色技术，不需要添加任何化学物质，产生废弃物。
项目特色：
环保性、技术创新、性能优势以及可持续性
（五）技术路线、拟解决的问题及预期成果
技术路线
TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极制备法运用了电化学高级氧化技术。电化学氧化处理难降解有机废水是高级氧化技术中的一个研究热点。近年来电化学工艺的不断进步以及新的电极材料和电极结构的出现，为电化学方法治理污染提供了更新、更有效的解决手段。电化学研究的是电子或者离子在不同的物质以及相间传递而导致物质的化学性质发生变化的科学。而废水中的污染物尤其是有机污染物在得到或失去电子之后，会引起其化学性质的变化，进而有可能变成无害的物质。尤其是有机物在失去电子之后，就会氧化分解，污染性也会降低，使得废水的COD值降低，有些有机物甚至会在失去电子之后，直接矿化成为二氧化碳和水，对于自然水体到达零污染。
拟解决问题
1.有机废水处理与有效利用。
2.绿色、环保材料与可持续发展。
3.传统处理有机废水的方法不足以满足国家对改善环境质量工作的要求。
4.TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极制备法。
5.降低有机废水处理成本。
预期成果
金刚石薄膜通过微波气相沉积法，掺杂了硼元素之后使绝缘体的金刚石变为了半导体电极，又通过水热法镀TiO2纳米薄膜，使电极具有电催化和光催化的双重效果，使电极处理效率得到极大的提高。
（六）项目研究进度安排
项目启动与准备阶段(1-2个月)
1.项目立项与团队组建:
确定项目目标、研究内容和预期成果；组建研究团队，明确各成员职责。
2.文献调研与资料收集:
搜集并整理国内外关于TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极制备法的相关文献和资料，分析现有研究成果，明确技术难点和创新点。
3.实验设备与材料准备:
采购或租赁所需的实验设备和仪器，准备实验所需的硼、金刚石、TiO₂等原材料。
实验研究与数据分析阶段(2-3个月)
1.初步实验设计与实施:
设计初步的实验方案，按照实验方案进行实验，记录实验数据。
2.数据分析与结果讨论:
对实验数据进行整理和分析，评估TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极的性能。针对实验结果进行讨论，找出可能存在的问题和改进方向。
3.优化实验设计与实施:
根据初步实验结果，对实验方案进行优化和改进。实施优化后的实验，并继续收集和分析数据。
4.检查与评估:
对项目进展进行检查和评估。根据评估结果，调整研究计划和方向。
性能验证与应用研究阶段(1-2个月）
1.性能验证实验:
设计性能验证实验，包括催化效果、导电性等关键性能指标的测试。实施验证实验，确保TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极的性能达到预期要求。
2.应用研究:
在实际工程中应用TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极处理有机废水，观察其长期性能和稳定性。与传统处理有机废水的方法进行对比分析，评估其性能优势。
3.技术文档编制:
编制项目技术报告、实验报告和应用案例等文档。并整理研究成果，为项目验收和成果推广做准备。
项目总结与成果推广阶段(第2-3个月）
1.项目总结:
对整个项目进行总结，包括研究成果、 创新点、技术难点等。评估项目的经济效益和社会效益。
2.成果推广:
通过学术会议、技术研讨会等途径，推广TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极处理有机废水的研究成果和技术。
与相关企业合作，推动TiO₂纳米束/掺硼金刚石薄膜复合电极处理有机废水的产业化应用。
3.项目验收:
提交项目验收报告和相关文档，接受项目验收。根据验收结果，对项目进行总结和反思，为未来的研究提供参考。
