随着工业的发展,水污染问题越来越突出,制备性能良好的光催化剂来降解废水是一种有效的途径,而TiO₂光催化剂由于其氧化还原能力强,化学性质稳定,成本低廉,无毒等特点,在光催化降解污染物领域有着较广泛的应用,但是TiO₂具有比表面积小,易团聚并且禁带宽度大,只能吸收紫外辐射等缺点,阻碍了TiO₂光催化剂进一步在光催化降解污染物的应用。因此,通过掺杂Gd、N,减小TiO₂晶粒尺寸,扩大TiO₂光催化剂的可见光响应,从而提高TiO₂实用性。另外将TiO₂的光催化性应用于陶瓷镀膜,可以提高陶瓷自清洁性能。用溶胶凝胶法制备TiO₂光催化剂的原理是将钛金属醇盐溶解于有机溶剂里,加入水和抑制剂,经过水解、缩合等反应,逐渐形成透明的溶胶,溶胶经陈化过程,发生羟基缩合,从而发生失水缩聚和失醇缩聚,形成三维网络状结构,成为凝胶,凝胶通过干燥、烧结等过程制备TiO₂粉末光催化剂。本论文采用溶胶-凝胶法制备Gd掺杂、N掺杂和Gd/N共掺杂TiO₂粉末光催化剂,用XRD、TEM等仪器表征其形貌组织,测试其光学性能,研究掺杂量、煅烧温度等因素对降解甲基橙的影响,揭示Gd/N掺杂TiO₂光催化性能的机理。在TiO₂光催化应用方面,主要用浸渍提拉法分别制备Gd-TiO₂、Gd/N-TiO₂薄膜陶瓷,测试亲水性,以及光催化性能,提高薄膜陶瓷的自洁性能。通过Gd/N掺杂TiO₂获得以下实验结果。1.用溶胶-凝胶法制备Gd/N共掺杂TiO₂粉末,其晶粒大小大约为9.0nm,禁带宽度为3.15eV,其荧光发射强度比TiO₂的高30.1%。在紫外光条件下1.5%Gd-TiO₂对甲基橙的降解率为100%,在可见光条件下0.5%Gd/8.0%N-TiO₂对甲基橙的降解率为68.54%。2.在可见光条件下0.5%Gd/8.0%N-TiO₂的第一次、第二次和第三次循环降解甲基橙的降解率分别为67.64%、65.86%和63.65%,经过十次循环使用后其光催化性能仍然在30%以上,Gd/N-TiO₂具有循环降解甲基橙的功效。3.将Gd-TiO₂和Gd/N-TiO₂的光催化性应用到陶瓷上,在可见光条件下镀0.1%Gd/8.0%N-TiO₂薄膜陶瓷经4h照射甲基橙降解率达到54.63%,而且在可见光照射10min后接触角由原来的43.37°降低到40.32°,提高薄膜陶瓷在可见光条件下自洁性能。总之采用溶胶凝胶法制备Gd/N掺杂TiO₂,在光照下具有良好的光催化降解甲基橙性能,且能循环降解甲基橙。镀有Gd/N-TiO₂薄膜陶瓷在可见光条件下具有亲水性以及降解甲基橙性能,Gd/N-TiO₂薄膜陶瓷具有自清洁性能。