半导体TiO₂光催化剂性能稳定、无毒、价廉易得,但它只能吸收波长小于387nm的紫外光,实际应用受到限制。为了提高TiO₂光吸收率,人们采取了许多方法,如掺杂、半导体复合等,但这些传统的方法,提高效果都十分有限。最近研究发现,TiO₂耦合光子晶体可显著提高TiO₂光吸收率,进而提高其光催化活性。然而,由于这方面研究刚刚起步,人们对光子晶体光局域效应提高光吸收率的规律认识还很不足,例如光子晶体带隙位置、结构周期数、光子晶体光局域空间范围对光催化剂吸光率的影响尚不明确。基于此,本论文提出制备nc-TiO₂/SiO₂ Opal光子晶体复合膜光催化剂,以光催化降解气相乙醛为探针反应,研究光子晶体的光局域效应提高TiO₂光吸收率的规律,为制备高效光催化剂提供基础。主要研究内容包括:1.采用不同粒径SiO₂组装得到具有不同带隙（PBG）位置的SiO₂ Opal光子晶体,研究PBG位置对TiO₂光催化活性的影响。结果表明将光子晶体与nc-TiO₂复合,TiO₂紫外区吸收边处的光吸收率得以提高,光催化活性随之提高。当光子晶体PBG频带与TiO₂吸收边（³80nm）完全重合时,光催化活性是参比膜nc-TiO₂/SiO₂-dis的1.5倍（即活性增强因子为1.5）,PBG偏离TiO₂吸收边越远,活性增强因子越小,当光子晶体PBG完全处于TiO₂吸收边之外时,光子晶体不再具有增强效应。2.制备不同结构周期数的SiO₂ Opal,其PBG设计在nc-TiO₂吸收边处,研究光子晶体结构周期数对TiO₂光催化活性的影响。结果表明光子晶体结构周期数对TiO₂光催化活性影响显著,随着SiO₂ Opal结构周期数增大,光子晶体光局域效应增强,光催化活性提高,但当SiO₂ Opal结构周期数大于35层后,活性增强因子不再提高。3.通过在SiO₂ Opal与nc-TiO₂膜之间嵌入不同厚度的SiO₂层,研究光子晶体光局域效应的空间范围对TiO₂光催化活性的影响。研究结果表明随着SiO₂层厚度增加,光催化增强因子下降,当SiO₂层厚度大于2.9μm后,光子晶体不再具有增强效应,表明光子晶体光局域效应分布在光子晶体与二氧化钛膜界面处,距离光子晶体表面越远,光局域效应越弱。4.在以上研究基础上,探索光子晶体光局域效应提高光催化剂可见光范围内吸光率的效果。将SiO₂ Opal光子晶体与CdS量子点敏化nc-TiO₂复合,通过调节SiO₂ Opal带隙位置,研究敏化nc-TiO₂可见光催化活性的变化。结果表明当SiO₂Opal光子晶体带隙位置与CdS QDs吸收边重合时,光子晶体光局域效应可显著提高CdS QDs/nc-TiO₂在可见光的吸光率,可见光光催化活性是参比膜CdS QDsnc-TiO₂/SiO₂-dis的1.76倍。5.制备双重带隙SiO₂ Opal光子晶体（SiO₂ Opal-DPBG）,并将之与Cd S QDs/nc-TiO₂复合,探索双重带隙光子晶体光局域效应提高TiO₂全光谱范围内光吸收率的效果。结果表明当SiO₂ Opal其中一个PBG频带在nc-TiO₂的吸收边处（380nm）,另一个PBG频带在CdS QDs的吸收边处（400⁵00 nm）时,双重带隙光子晶体能同时增强nc-TiO₂在紫外区和可见光区的光吸收,复合膜光催化性能是参比膜CdS QDs/nc-TiO₂/SiO₂-dis的2.11倍。