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随着全球范围内的污染和资源双重危机的加剧,光催化技术以其在清洁能源和污水处理等方面的应用引起了广泛的关注,开发环保、高效的光催化材料成为材料科学研究的热点之一。多孔材料是环境、能源领域应用广泛的结构功能材料,多孔TiB2-TiC复合材料具有耐腐蚀、抗热震、稳定性好等特点,在过滤和吸附降解领域应用前景广阔。通过制备高比表面积的多孔材料,并在表面获得具有光催化性能的异质结构,是提高光催化剂效率,延长使用寿命,并实现器件化剂封装的有效途径。本研究针对光催化降解有机染料、光解水产氢产氧等需要,首先制备了多孔TiB2-TiC复合材料,并以此为前驱体,采用水热合成法制备了 TiB2-TiC/TiO2和TiB2-TiC/Na2Ti307异质结构,获得一种新型三维多孔光催化材料;同时采用B、C(非金属)元素掺杂合成多种TiO2异质结构光催化剂,通过调整成分、形貌和电子结构来优化提高其光催化降解有机染料的活性,电化学性能和光解水产氢产氧性能,主要内容包括以下几个方面:(1)首先用Ti粉和B4C粉为原料,采用真空烧结和激光加热引发自蔓延两种工艺制备了多孔TiB2-TiC复合材料,以此为前驱体,通过水热合成反应制备出TiB2-TiC/TiO2异质结构。水热反应后生成了 Na2Ti3O7,在经过离子交换并锻烧处理之后,样品生成了 TiO2。整体上仍保留原来多孔结构的形貌,同时呈现出随不同水热时间生长变化的纳米线,纳米带,纳米片和纳米棒结构。两种工艺激光引发自蔓延和真空烧结制备的TiB2-TiC/TiO2异质结构具有高的比表面积分别为24.9 m2·g-1和22.1 m2·g-1.除此之外,具有“甜卷”状TiO2纳米棒的生长过程随水热反应时间由纳米带逐渐交叉或并列连接成纳米片,然后纳米片遵循一定的规律卷曲成纳米棒,形成机理为单面表面能过剩引起的弯曲,卷曲过程的驱动力可能是单层纳米片两面的能量不对称性,导致纳米片弯曲卷成纳米棒以补偿在改变过程中产生的机械张力。(2)与原始多孔TiB2-TiC复合材料和P25相比,TiB2-TiC/TiO2异质结构展示出显著优异的光催化活性。在紫外光照射3 h后,甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)和几乎完全被自蔓延法制备的TiB2-TiC/TiO2异质结构降解,其中纳米棒结构的所有侧面都是高能面,这些高能面呈现出放射性或圆弧面均匀的暴露并分散于溶液中与试剂充分接触,足一个极为理想的反应活性,并且较高的比表面积增加了对紫外光的吸收能力,促进了光生载流子的分离而有效减缓了其复合,延长了电子的寿命并引入更多的光催化活性物质,为污染物分子的吸附和降解提供了更多的活性位点,助于光催化性能的提高。此外,自蔓延法制备的TiB2-TiC/Na2Ti3O7样品钠离子电池容量最高有300 mA·h·g-1,表现出良好的循环稳定性和导电性,电阻相对最小为82Q。钛酸钠生长在多孔的TiB2-TiC上有较多的嵌钠活性位点使其结构非常稳定,并且网状的TiB2-TiC结构大大地提高了钛酸钠的导电性能同时较多的孔隙结构也促进了钠离子的迁移。(3)用水热合成法制备了硼元素、碳元素和硼碳元素共掺杂的Ti02异质结构。与单掺杂样品和纯TiO2相比,具有三维网状的TiO2-B-C异质结构具有更优异的光催化活性,对刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)的降解率最高,源于其中存在两级异质结构:第一层为在3D网格状的多孔TiB2-TiC结构中覆盖有一层Ti02-B-C晶须;第二层是在TiO2-B-C纳米带上散布了零星的TiB2和TiC。元素掺杂引起的带隙改变导致异质结构具有良好的光吸收能力,促进光生载流子从三维网络结构中分离从而提高了光催化活性。另外,在不添加任何助催化剂的前提下,TiO2-B-C光解水氢气释放量为191.9 μmol·h-1·g-1,氧气释放量可达到687.8μmol·h-1·g-1。TiO2异质结构中B和C元素的存在在光解水过程中起着关键性的促进电子和空穴分离的作用,使电荷复合率低,并且光吸收率高,从而提高了光催化活性。特别的,TiO2-C光解水产氧效率非常高,可达到54831.0μmol-h-1.g-1,远远高于纯TiO2和TiO2-B样品的光解水产氧量,这与TiC良好的导电性能有关。