1、現(xiàn)階段能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為人類面臨和亟待解決的重大課題。光催化技術(shù)為我們提供了一種有效的解決能源和環(huán)境問(wèn)題的有效手段。從本質(zhì)上說(shuō)，光催化技術(shù)是利用光來(lái)激發(fā)半導(dǎo)體，利用它們產(chǎn)生的電子和空穴來(lái)參加氧化-還原反應(yīng)。氫是理想的清潔能源，其熱效率是汽油的3倍，而且使用后不會(huì)產(chǎn)生任何污染。在眾多氫能開(kāi)發(fā)的手段和途徑中，利用半導(dǎo)體光催化材料，直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為以H2為載體的化學(xué)能的太陽(yáng)能光解水制氫過(guò)程具有清潔、廉價(jià)、低能耗的特點(diǎn)，是最為理想和最有

2、前途的氫能開(kāi)發(fā)手段之一。除此之外，光催化材料能利用太陽(yáng)能降解和礦化環(huán)境中的污染物，或?qū)⑵渥儚U為寶，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌缂状肌⒁掖嫉扔杏玫墓I(yè)原料。因此光催化技術(shù)在解決能源和環(huán)境問(wèn)題方面有重要的應(yīng)用前景。
　　 二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N優(yōu)良的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光催化活性，自上世紀(jì)70年代以來(lái)，一直都是光催化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，目前已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。然而，由于其禁帶寬度較寬，僅能吸收利用占太陽(yáng)光譜不足5％的紫外光，嚴(yán)重影響了其光催化效率。

3、因此，拓展二氧化鈦等寬禁帶半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍，對(duì)進(jìn)一步提高光催化材料，推動(dòng)光催化技術(shù)的發(fā)展及其實(shí)用化都具有重要的意義。
　　 基于人們對(duì)納米材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究，人們發(fā)現(xiàn)，材料的性能不僅取決于材料本身的組分，還跟材料的微結(jié)構(gòu)，如:形貌、表面狀態(tài)、電子結(jié)構(gòu)等微觀因素有關(guān)。因此，結(jié)合納米材料的調(diào)控手段，對(duì)材料的這些微結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善材料本身的性能，具有重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義。
　　 因此，本論文以Ti基半導(dǎo)

4、體光催化材料作為主要研究對(duì)象，結(jié)合微結(jié)構(gòu)調(diào)控手段，對(duì)TiO2的晶相、形貌、尺寸以及Ti基層狀化合物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，從而拓展這些寬禁帶半導(dǎo)體光催化材料的光譜響應(yīng)范圍并提高光生載流子的分離效率，提高它們的光催化性能。具體研究?jī)?nèi)容主要分為以下幾部分:
　　 第一章中，簡(jiǎn)要介紹了半導(dǎo)體光催化技術(shù)的基本原理、主要應(yīng)用及研究現(xiàn)狀。隨后介紹了幾種常見(jiàn)的微結(jié)構(gòu)調(diào)控手段，以及材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)光催化性能的影響，并介紹了TiO2和幾種Ti基半導(dǎo)

5、體光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及其研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。本章最后提出本論文的選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。
　　 第二章中，我們研究了TiO2晶相和形貌對(duì)光催化性能的影響。通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱方法合成了暴露｛110｝晶面的分等級(jí)金紅石TiO2微米球，系統(tǒng)研究了微米球的形貌、結(jié)構(gòu)，通過(guò)觀察不同反應(yīng)階段產(chǎn)物的形貌演變規(guī)律探討了其生長(zhǎng)過(guò)程。通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行微結(jié)構(gòu)調(diào)控，以光催化分解水制取氫氣來(lái)評(píng)價(jià)其光催化性能，得出不同微結(jié)構(gòu)樣品的光催化活

6、性差異，分析了達(dá)到較高光催化活性的原因。利用TiCl3在有機(jī)溶劑乙二醇中的水解反應(yīng)制備了具有可見(jiàn)光響應(yīng)的混合相TiO2。研究了不同原料比例所制備的樣品的結(jié)構(gòu)及形貌變化，分析了產(chǎn)生不同晶型產(chǎn)物的原因，對(duì)不同樣品的光吸收性質(zhì)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所合成樣品有效擴(kuò)展了TiO2的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍。以2，4-二氯苯酚為降解對(duì)象表征其在可見(jiàn)光下的光催化活性，證明其具有良好的可見(jiàn)光降解特性。
　　 第三章中，通過(guò)對(duì)TiO2進(jìn)行改性，如:氫化

7、、氮化及直接水熱等不同處理方法對(duì)TiO2進(jìn)行表面改性，拓展其光譜響應(yīng)范圍，獲得一系列具有較強(qiáng)可見(jiàn)光吸收的TiO2材料，并研究了其相應(yīng)的光催化性質(zhì)。
　　 以TiOF2立方塊為前驅(qū)體模板，氫氣氛中退火制備出氫化TiO2樣品。通過(guò)改變氫化溫度、時(shí)間分析研究最佳反應(yīng)條件。利用XPS，紅外等表征手段對(duì)其進(jìn)行表面分析，發(fā)現(xiàn)在氫氣中退火后，TiO2中存在少量Ti3+，并且其表面含有更多的Ti-OH鍵。通過(guò)對(duì)比氫氣中和空氣中退火樣品的光催化分

8、解水制氫實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)H-TiO2體現(xiàn)出更高的光催化活性。利用直接水熱方法，以TiSi2為原料在HF調(diào)控下合成出具有高活性晶面｛001｝晶面暴露的藍(lán)色TiO2。研究了反應(yīng)溫度、時(shí)間以及HF濃度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響。樣品在可見(jiàn)區(qū)域的吸收顯著增強(qiáng)。通過(guò)降解染料研究了其可見(jiàn)光下的光催化性能。微結(jié)構(gòu)調(diào)控合成了NH4TiOF3前驅(qū)體微米片，將其在氮?dú)夥罩型嘶鸬玫近S色N摻雜片層狀TiO2粉末。XPS測(cè)試結(jié)果表明，N元素成功摻雜入TiO2中。經(jīng)氮化處理的樣品

9、，其可見(jiàn)光吸收顯著增強(qiáng)，氮化時(shí)間延長(zhǎng)，光吸收增強(qiáng)程度加劇。
　　 第四章中，研究了Ti基含鉍層狀化合物光催化材料和合成及其光催化性能。通過(guò)水熱方法合成了具有分等級(jí)結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12微米球。通過(guò)觀察不同反應(yīng)階段的產(chǎn)物晶相結(jié)構(gòu)及形貌演變，探討了其生長(zhǎng)過(guò)程。研究了使用不同的鈦源作為原料和不同礦化劑濃度對(duì)產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)比了不同微結(jié)構(gòu)樣品光催化活性差異。通過(guò)簡(jiǎn)單的一步水熱法合成出新型光催化材料Bi2TiO4F2納米片，并首次研

10、究了其光催化性質(zhì)。通過(guò)第一性方法計(jì)算了其電子結(jié)構(gòu)，得到其帶隙躍遷類型。以光催化降解羅丹明B染料和苯酚溶液來(lái)評(píng)價(jià)其光催化性能，并提出一種可行的光催化反應(yīng)機(jī)理。
　　 第五章中，對(duì)本論文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，分析和探討了現(xiàn)有研究工作存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。
　　 總之，Ti基半導(dǎo)體材料是一類重要的光催化材料，具有多種優(yōu)良性質(zhì)?；诓牧辖Y(jié)構(gòu)同性能之間的關(guān)系，通過(guò)采用微結(jié)構(gòu)調(diào)控手段，對(duì)Ti基光催化材料進(jìn)行改性，從而提高其