随着工业的迅速发展,能源危机和环境污染日益严重。如何节约能源,控制和处理环境污染已成为当前的重大课题。在众多纳米光催化材料中,TiO2因具有氧化性强、稳定性好、廉价无毒等优点,成为最有发展前景的纳米光催化剂。但TiO2的量子产率低,光催化性能不高;禁带能量较高(3.2ev),只能在紫外光下才有活性,耗费能源。因此,对TiO2进行改性以提高其光催化活性,拓展光谱响应范围是光催化发展进一步走向实用化的关键。本文在总结纳米TiO2光催化剂改性研究进展的基础上,重点进行了以下几个方面的研究。1.为了提高光催化剂的活性,用燃烧法制备了Bi离子掺杂TiO2和Eu离子掺杂TiO2纳米光催化剂。对掺杂机理进行了研究,并通过光降解实验确定了Bi离子、Eu离子的最佳掺杂浓度。结果表明:掺杂可以使晶格发生畸变,降低电子–空穴对的复合,提高量子产率,从而提高光催化效果。掺杂后的样品光催化活性得到明显提高,并且不同的掺杂离子存在着不同的最佳掺杂浓度,Bi离子的最佳掺杂浓度为3%, Eu离子的为0.5%。2.为了拓展TiO2的光响应波长范围并提高其光催化活性,采用非金属离子掺杂的方法对TiO2进行改性。分别用溶胶–凝胶法和溶剂热法制备了N掺杂TiO2和S掺杂TiO2。通过X射线衍射、透射电镜、比表面积测定仪、红外光谱、紫外–可见吸收光谱等对样品的晶相、形貌、比表面积、吸收边等进行了表征。与纯TiO2相比较,掺杂样品的粒径较小,比表面积较大,由于掺杂使价带上移,禁带宽度减小,或者形成杂质能级,使样品在可见光区的吸光强度明显增加。通过对硝基苯的降解表征了其可见光光催化活性,发现不同的非金属离子掺杂样品均表现出很好的可见光催化活性。3.通过溶胶–凝胶法制备了N–La共掺杂TiO2纳米晶。研究了掺杂浓度对光催化活性的影响。结果表明在N的掺杂浓度为5%、La的掺杂浓度为0.5%时,光催化效果最好。在此基础上,用溶胶–凝胶法制备了N–La共掺杂的纳米光催化薄膜,研究了离子掺杂、镀膜层数对光催化活性、晶格畸变等方面的影响。研究结果表明,半径较大的La3+取代半径较小的Ti4+形成新的结构缺陷,从而有益于表面粒子的羟基化,使薄膜的光催化能力明显增强。镀膜层数为四层的样品的光催化活性最强,在紫光灯下照射3h对甲基橙和硝基苯的降解率分别达到73.98%、96.29%;同时N掺杂可以使禁带宽度窄化,引起催化剂吸收边的红移,从而使可见光响应活性明显增加,在日光灯下照射3h对甲基橙和硝基苯的降解率可达到56.19%和87.86%。由此可见N–La共掺杂除了能将催化剂的光响应波长拓展至可见光区域外,还不降低样品在紫外光区的光催化活性,在利用太阳光光催化方面展现出广阔的应用前景。综上所述,本文通过不同离子的掺杂对TiO2进行改性,在改性TiO2的离子掺杂浓度、制备方法、降解效果、光催化剂的作用机理等方面获得了一些有意义的结果,具有一定的创新性,为纳米光催化材料的进一步研究和实际应用奠定了基础。