第1章  绪论

第2章  二氧化钛光催化反应原理

　　2.1 光化学基本原理

　　2.2 半导体光催化反应理论

第3章  未掺杂二氧化钛光催化剂

　　3.1 普通氧化钛制备

　　3.2 高活性二氧化钛纳米粒子的制备及表征

　　3.3 二氧化钛功能薄膜制备及表征

　　3.4 纳米管二氧化钛

　　3.5 纳米TiO2材料应用

第4章  影响二氧化钛光催化活性的因素

　　4.1 半导体光催化剂晶型的影响

　　4.2 半导体光催化剂晶粒尺寸的影响

　　4.3 半导体光催化剂表面沉积贵金属的影响

　　4.4 耦合半导体对光催化反应活性的影响

　　4.5 离子修饰对光催化反应活性的影响

　　4.6 半导体的光敏化对光催化反应活性的影响

　　4.7 电化学辅助光催化法对光催化反应活性的影响

　　4.8 半导体与粘土交联对光催化反应活性影响

　　4.9 半导体表面羟基及表面结构对光催化反应活性影响

第5章  非金属改性二氧化钛光催化材料

　　5.1 氮掺杂TiO2

　　5.2 S的掺杂TiO2

　　5.3 C掺杂TiO2

　　5.4 P掺杂TiO2

　　5.5 F掺杂二氧化钛

　　5.6 碘掺杂TiO2

参考文献

第1章  绪论

随着现代科学技术的发展，人类对能量的需求量越来越大，而矿物燃料的开采已有日趋涸竭之势，因而对新能源的开发和利用成为众所关注的重要课题。占地球上总能量99%以上的太阳能，取之不尽，用之不竭，又不污染环境，是人类将来所利用能量的最大源泉。

光催化技术是一个崭新的技术领域，是光化学与催化化学的结合产物。光催化是在催化剂存在下所进行的光化学反应。当半导体光催化剂（如TiO2等）受到能量大于禁带宽度（Eg）的光照射时，其价带上的电子（e-）受到激发，越过禁带进入导带，在价带留下带正电的空穴（h+）。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有强还原性，二者可形成氧化还原体系。当光生电子—空穴对在离半导体表面足够近时，载流子向表面移动到达表面，活泼的空穴、电子都有能力氧化和还原吸附在表面上的物质。光催化反应的特点是在光辐射下，激发催化剂分子或激发催化剂与反应物分子之间形成络合物，从而把光能转换为化学能，推动化学反应的进行。

在光催化及光电催化研究过程中，常采用金属氧化物（例如：TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3、等）和金属硫化物（例如：CdS、MoS2等）为光催化剂。尤其TiO2以其催化性能优良、化学性能稳定、安全无毒副作用、使用寿命长等优点而被广泛使用［1］。该催化剂光催化反应的研究领域非常广泛，如光解水制氢、合成氨、固定二氧化碳、有机合成、环境保护等方面。崔玉民［2］在其论文中提到光催化技术是一种新兴的高效节能现代污水处理技术，他从离子修饰机理角度解释了离子修饰提高TiO2光催化活性的原因。朱良俊等［3］讨论了影响TiO2薄膜光催化活性的主要因素：（1）TiO2薄膜的厚度与镀膜次数有较好的线性关系；（2）贵金属沉积可提高TiO2薄膜光催化剂表面光生载流子的分离效率；（3）金属离子掺入TiO2薄膜晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度，从而使光催化性能得以改善。崔玉民［4］从贵金属负载机理角度解释了贵金属负载提高TiO2光催化活性的原因。崔玉民等［5］以钨酸钠为主要原料，通过气液反应制备纳米WO3粉体，并运用XRD，FTIR等手段对催化剂进行了表征。以500W氙灯为光源，甲基橙的脱色为模型反应，研究了纳米WO3粉体的光催化活性。李红［6］利用溶胶—凝胶法自制TiO2光催化剂，采用悬浮体系，研究了偶氮染料酸性红B的光催化降解过程。李娄刚［7］以偶氮染料直接耐酸大红4BS模拟废水为研究对象，以TiO2为光催化剂，紫外灯作光源（80W），探究了不同TiO2催化剂的用量、光照时间、溶液初始pH值及废水初始质量浓度等因素对偶氮染料废水降解率的影响。陈国宁等［8］研究了影响超声波协同光催化处理氯酚废水的主要因素。通过改变废水中的TiO2浓度、溶解氧（DO）含量、pH值、温度以及超声波功率，考察它们对2，4-二氯酚（DCP）降解的影响。

以纳米半导体氧化物为催化剂的多相光催化是一种理想的环境污染治理技术，已成为近年来国际上最为活跃的研究领域之一。近年来，复合光催化剂以其更加优越的光催化性能越来越引起人们的注意。利用稀土元素独特的4f电子结构，对TiO2进行掺杂改性是常用的提高TiO2光催化活性和太阳能利用率的方法。崔玉民等［9］采用溶胶—凝胶法制备纯的及掺杂不同量铈的TiO2纳米粒子，利用UVVis漫反射光谱及XRD等对所制备样品进行表征。李慧泉等［10］以硝酸钕和钛酸四正丁酯作为前驱体，采用溶胶—凝胶法制备了Nd2O3/TiO2纳米光催化剂，并通过XRD和BET等手段进行了表征。杨英杰等［11］采用溶胶—凝胶法制备了活性炭负载型TiO2催化剂，采用了XRD、BET和SEM对催化剂进行表征。王英连等［12］采用溶胶—凝胶法在石英玻璃基底上制备出性能优良的Ag掺杂的纳米ZnO薄膜，并通过XRD、AFM和UVVis吸收光谱对薄膜的结构及光吸收特性进行表征。李海龙等［13］以金红石相二氧化钛（TiO2）粉体为原料，采用水热法合成了二氧化钛纳米管（TNTs），得到表面载Ag的二氧化钛纳米管（Ag/TNTs）。光催化降解甲基橙实验结果表明，Ag/TNTs的光催化活性较金红石相二氧化钛粉体和纯TNTs有着显著的提高。卢旭东等［14］利用溶胶—凝胶法在700℃制备了纯的和不同Gd3+掺杂量的TiO2纳米粉体，并用XRD技术对样品进行了表征，探讨了Gd3+掺杂对纳米TiO2的光催化活性。于竹芹等［15］用浸渍—提拉法将TiO2负载到活性炭纤维（ACF）上，在254nm的紫外光源下，利用复合材料进行吸附光催化氧化甲醛气体动态实验研究。光电催化技术能有效提高光催化活性，非金属掺杂则能提高其可见光利用率。苏雅玲［16］在其论文中提到F和B掺杂在表面产生氧空穴，共掺杂具有协同效应，能促使光生载流子分离，加速可见光催化反应。王华［17］以碳纳米墙为基体，使用加热钨丝的化学气相沉积方法制备出碳纳米墙复合材料，得到碳纳米墙电极的光电流密度及光催化降解对硝基苯酚的降解效率高于所对照的三氧化钨纳米带阵列电极的结论。王华［17］后来以碳纳米墙为基体，用金属有机化学气相沉积方法，制备出碳纳米墙复合材料，通过光催化降解苯酚的得出碳纳米墙电极的光催化活性高于二氧化钦纳米管阵列电极。王铮［18］采用共沉淀一热分解法制备了复合ZrO2/ZnO光催化剂，利用XRD，SEM，TEM，FTIR等方法对其进行了表征，通过实验证实了ZrO2的复合降低了ZnO的粒径，提高了ZnO的光催化活性。

当前，随着研究整体不断向前推进，应用研究不仅涉及到高效催化剂的制备和新型反应器的设计，应用范围也不再限于环境保护这一重要课题，已拓展到卫生保健、贵金属回收、化学合成等诸多方面。该技术具有结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染等优点。

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