随着社会的进步和经济的快速发展,伴随而来的环境污染问题也日益严重,对环境污染的控制和治理已经成为人类亟待解决的重大问题。由于二氧化钛光化学性质稳定,对生物无毒,具有耐酸碱性和生物相容性,最重要的是其在光照下的电子-空穴分离能有效地将水中有机污染物催化氧化为水和二氧化碳等小分子化合物,因此二氧化钛纳米材料受到了越来越多的探索研究。作为一种新兴的水污染处理技术,虽然目前人们已经取得一定的进展,但还不算成熟,仍然存在着一些问题和不足,如其禁带较宽,只能对紫外光有响应,电子和空穴容易复合等。针对上述难题,本论文通过可控制备介孔二氧化钛纳米材料以及对二氧化钛纳米材料进行改性来抑制光生电子和空穴的复合,从而达到提高二氧化钛光催化活性的目的。具体研究内容如下:1、以钛酸四丁酯为钛源,以二氧化硅为模板采用水热法制备介孔单晶金红石相二氧化钛,研究了不同Ag掺杂量对介孔TiO2光催化性能的影响。在一定范围内,随着Ag掺杂量的增大,介孔TiO2的光催化性能会随之增强,当Ag掺杂量为5%为最佳。这是因为贵金属Ag能够产生等离子体共振效应,抑制光生电子和空穴的复合,从而增强介孔TiO2的光催化性能。而当Ag掺杂量超过5%时,随着Ag掺杂量的增加,介孔TiO2的光催化性能会随之减弱。这是因为当Ag掺杂量增大时,在光沉积的过程中Ag纳米颗粒发生团聚,堵塞介孔TiO2的通道,从而降低其光催化活性。2、以水热法对水热模板法制备的介孔单晶二氧化钛进行钨的掺杂,W6+的掺杂提高了TiO2的比表面积和孔体积,掺杂W6+的介孔二氧化钛的大比表面积为反应物的吸附提供了更多的活性位点,从而提高其光催化性能。与二氧化钛相比,掺杂W6+的二氧化钛的吸收边发生了红移,而且掺杂W6+的二氧化钛在200~400 nm吸收增强,这表明掺杂W6+的二氧化钛在紫外区具有很好的光催化性能。在模拟太阳光的条件下,掺杂W6+的二氧化钛的光催化性能优于二氧化钛,这是因为W6+的掺杂可以提高二氧化钛的电对分离效率,从而提高二氧化钛的光催化活性。3、以商业二氧化钛P25为基础,通过水热法制备了掺杂W6+的W-TiO2,以光沉积的方法制备了Au/TiO2,通过水热法和光沉积法结合制备了Au/W-TiO2。由于Au纳米颗粒的等离子体共振效应,沉积Au纳米颗粒的Au/TiO2和Au/W-TiO2在可见光区有一个很强的吸收带,说明贵金属Au的沉积拓展了二氧化钛对可见光区响应。与未掺杂的TiO2相比,掺杂W6+的TiO2能促使荧光的高效猝灭,这是因为TiO2导带上的光生电子在固溶体中可以被W6+捕获,从而抑制光生电子和空穴的复合。在光催化活性测试中,当在W-TiO2上沉积贵金属Au纳米颗粒后,其光催化降解速率明显高于TiO2、W-TiO2和Au/TiO2,这主要归因于掺杂的W6+和沉积的Au纳米颗粒的协同作用。