TiO₂是一种性能优异的材料，在诸如颜料助剂、传感器、光电池等领域都得到了广泛应用，尤其作为光催化剂应用更为广泛。它的光催化活性主要由其形态、晶型、结晶程度及比表面积决定。如何获得一种理想的光催化剂并使这些性能最优化日益成为科研工作者的研究热点。迄今为止，合成方法有溶胶凝胶法、微胶囊法、水热法、气相沉积法及电化学方法等。而溶胶凝胶法由于成本低、操作简单、环境友好等特性而被广泛用于制备TiO₂基的复合材料。本文使用一步溶胶-凝胶法制备了TiO₂/C复合气凝胶，并采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、拉曼光谱、N₂吸附等温线、XPS、原位红外、压汞实验等测试手段对样品微观形貌、晶型、微介孔全孔结构分布、样品表面元素价态等物理性能进行全面表征，将该材料应用于光催化降解亚甲基蓝，并探讨了其光催化降解机理。本课题主要从钛源前驱体、TiO₂设计质量、络合剂含量、稀土元素Ce的掺杂等几个方面展开了相关研究。一、钛源前驱体对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响研究以钛酸四丁酯和四氯化钛为钛源前驱体制备不同样品，考察不同钛源对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响。结果表明：相比于钛酸四丁酯，以四氯化钛为钛源前驱体制备的样品具有更大的比表面积、更高的吸附容量、TiO₂纳米粒子在无定型炭中的分布更加均匀、锐钛矿型TiO₂晶化程度高等特性；光催化降解实验结果表明后者具有更高的紫外光和可见光催化降解亚甲基蓝的效率。二、TiO₂设计质量对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响研究研究了以四氯化钛为钛源前驱体，以TiO₂计的质量分别为2.65、3.03、3.80、4.91、5.31g制备五组样品，对比研究了样品对亚甲基蓝的紫外光和可见光催化降解亚甲基蓝的活性。结果表明：通过N₂吸附脱附等温线可知，TiO₂设计质量为3.80g时制备的样品具有最优的物理和化学性能，其比表面积为204.0m²/g，孔容为0.34cm³/g；通过透射电子显微镜及光电子能谱可知，样品中TiO₂纳米粒子镶嵌在无定型炭中，样品主要由C、Ti、O三种元素组成；通过XPS表征得知，样品中Ti主要以Ti⁴⁺存在，结合XRD表征可知其以TiO₂形式存在；通过UV-vis分析可知，样品在可见光波段有较强的吸收；样品对亚甲基蓝溶液紫外和可见光催化降解实验可知，TiO₂设计质量为3.80g时制备的样品在紫外光下具有最佳的光催化活性，而TiO₂设计质量为5.31g时制备的样品在可见光下具有最佳的光催化活性。三、络合剂含量对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响以TiO₂设计质量为3.80g，乙酰乙酸乙酯与钛的摩尔比分别为0.1、0.3、0.5、0.7和0.9制备五组样品，进行全面表征和光催化活性研究。结果表明：随着乙酰乙酸乙酯与钛的摩尔比的增加，样品中TiO₂的晶粒生长得到抑制；N₂吸附脱附结果表明，当乙酰乙酸乙酯与钛的摩尔比为0.5时其相对压力较高段的吸附容量最大，其比表面积达到298.9m²/g，介孔孔容为0.87cm³/g；拉曼光谱分析可知样品中的炭以无定型形式存在；UV-vis测试结果表明样品相对于P25而言其吸收带有不同程度的红移，表明其在可见光波段有较好的吸收；通过研究样品的投加量不同对亚甲基蓝紫外光催化降解，表明样品投加量增多对亚甲基蓝的紫外光催化降解效率没有显著提高。四、稀土元素Ce的掺杂对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响研究研究了稀土元素Ce的掺杂及掺杂量对TiO₂/C复合气凝胶性能的影响。结果表明：当硝酸铈占TiO₂的质量百分比为3时，样品的比表面积为348.7m²/g，总孔体积为1.43ml/g，平均孔直径为16.4nm；UV-vis测试表明，掺铈的样品在紫外光波段和可见光波段的吸收强度均高于未掺铈的样品；TEM和EDS测试表明样品由C、Ti、O、Ce四种元素组成，Ce元素的原子百分比为0.14-0.24；考察不同样品添加量对不同浓度亚甲基蓝的紫外光催化降解表明随着铈投加量的增加，其紫外光催化降解效率也增大，其中硝酸铈掺入量占TiO₂百分比为3%时的样品紫外光催化降解性能最好。五、TiO₂/C复合气凝胶光催化降解亚甲基蓝机理研究对TiO₂/C复合气凝胶对亚甲基蓝的紫外和可见光催化降解亚甲基蓝的机理进行了全面探讨，结果表明具有光催化活性的TiO₂纳米粒子和具有丰富孔结构的无定型炭的协同作用，可显著提高TiO₂/C复合气凝胶对亚甲基蓝的光催化性能，同时具有导电性能的碳可及时将光生电子传输，阻碍了光生电子和空穴的复合，因而有效提高了其光催化性能。