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光催化反应是目前非常热门的催化反应之一，研究内容广泛，除了借助光谱等技术研究催化剂反应过程中光生电子的行为等反应机理以外，在实际催化体系中涉及新型纳米材料的合成和典型催化反应的研究，后者包括挥发性有机物的光催化矿化、光分解水以及醇类到醛类的选择氧化等重要的化工反应。TiO2被认为是活性最好，最稳定的光催化剂之一，虽然其只对紫外光响应，但仍然是目前研究的重点。本论文的主要工作就是研究基于TiO2的光催化剂的性质和应用。
本论文的具体内容分为以下几方面：
1、通过一步法合成硫氮共掺的TiO2，并用XRD、TEM、XPS、DRS等技术研究其结构性质。结果表明高温焙烧以后，在催化剂中硫和氮原子的掺杂可以形成孤立能级，导致催化剂具有可见光响应能力，同时在催化剂表面的磺酸根可以成为其表面酸性的来源。光致还原Cr(VI)反应结果表明，在紫外光和太阳光照射下，600℃焙烧的催化剂具有最好的催化活性，并且在催化反应过程中不需要额外添加酸溶液。在太阳光下，600℃和700℃焙烧的催化剂活性明显优于商用P25，说明我们制备的催化剂在实际中更有使用价值。甲苯的氧化反应结果表明，在太阳光照射下，硫氮共掺的催化剂都具有很好的活性，明显优于商用P25。对比可见光和太阳光照射的结果，硫氮共掺的催化剂可以有效地在可见光下催化甲苯的氧化，主要原因可以归结为掺杂的TiO2具有可见光响应，表面的磺酸根转移光生电荷的作用并未表现出来。
2、通过双氧水氧化碳化钛制备了一种碳掺杂的TiO2催化剂。XRD和TEM结果表明，当碳化钛被完全氧化的时候生成锐钛矿TiO2，XPS进一步表明碳主要以羧基的形式生长在催化剂的表面。我们用三种不同的染料分子作为探针分子，发现表面的羧基在TiO2吸附染料的过程中扮演很重要的角色，羧酸根可以和溶液中的阳离子作用，选择吸附染料分子，在吸附过程中，空间位阻也是影响吸附的原因之一。
3、通过一步溶剂热法合成了高分散的Pt负载的TiO2催化剂。XRD和TEM结果表明催化剂中金属Pt均匀的分散在锐钛矿TiO2上，通过Cr(VI)光致还原反应活性研究其担载量对活性的影响，最佳负载量为7.0wt％。与常规浸渍法担载助剂相比，该方法有利于用更多的Pt负载来提高光生电子的转移效率，避免了高负载量时Pt纳米粒子的聚集。