随着全球工业化进程的发展,环境污染问题日益严重,环境问题已成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题。光催化以其温室深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能,而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化反应是利用光能进行物质转化的一种方式,是光和物质之间相互作用的多种方式之一,是物质在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。光催化是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域,光催化氧化技术被认为是解决环境污染问题的最有应用前景的技术之一,已成为环境领域的研究热点。二氧化钛由于具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点,在光电转化和光催化领域具有广阔的应用前景。半导体Ti02是一种重要的光催化剂,被广泛的应用于光催化降解有机污染物、太阳能电池、气敏传感器、光解水制氢等。自从1972年Fujishima和Honda发现这种优良的光催化材料以来,对Ti02的研究一直就是热点。然而,Ti02是宽禁带(Eg=3.2eV)半导体化合物,只有波长较短的太阳能(λ<387nm)才能被吸收,太阳能利用率很低；此外,Ti02光生电子和空穴复合几率很高,导致其光催化效率较低。因此降低Ti02禁带宽度使吸收光谱向可见光扩展是提高太阳能利用率的技术关键。近年来,对Ti02的修饰改性主要集中在非金属掺杂、金属掺杂及半导体复合几个方面。本论文的研究主要集中在对二氧化钛的改性方面,通过半导体复合、掺杂、贵金属修饰及与石墨烯复合等方式制备出了新型的二氧化钛纳米复合材料,拓宽了二氧化钛的可见光响应范围,提高了其太阳能利用率,促进电子-空穴的有效分离,使其光催化性能得到提高。同时研究了材料对染料废水甲基橙和亚甲基的降解,取得了很好的效果。通过SEM、TEM、XRD等多种表征手段研究了材料的形貌以及晶型结构,探讨了光催化的机理。本论文内容分为以下四个部分：1绪论(第一章)本章介绍了光催化材料及光催化技术的研究进展及其在光催化降解污染物、光解水制氢气、染料敏华太阳能电池及气敏传感器等方面的应用；环境污染现状及二氧化钛纳米材料作为光催化剂在环境污染物处理方面的应用,同时指出了二氧化钛在实际应用中的问题及目前对其改性的研究,最后阐述了本论文的研究目的和意义,指出本论文的创新之处及主要研究内容。2CdS修饰的TiO2纳米管电极的制备及其对甲基橙光电催化降解的研究(第二章)本章中,首先通过阳极氧化法钛片上制备出在TiO2纳米管电极,然后通过连续沉积法将CdS修饰到电极表面,制备出了CdS修饰的TiO2纳米管电极。论文中通过外加电压,采用光电催化方法对甲基橙进行降解,研究了不同降解过程对降解效果的影响。实验结果表明,外加电压能都有效促进光生电子-空穴的有效分离,使光催化效率得到提高,证实了光电催化方法是提高材料光催化效率的一种有效方法。同时文章还对比了在可见光下TiO2纳米管电极修饰前后对甲基橙的降解效果,发现修饰后的TiO2纳米管电极降解效率得到了很大改进,说明CdS修饰的TiO2纳米管电极具有很好的可见光响应。本文也对CdS修饰的量对降解效果的影响进行了讨论。本工作通过半导体复合的方法,制备出了具有可见光响应的光催化材料,在可见光下获得很好的光催化降解效果。3氮掺杂的二氧化钛/石墨烯纳米复合材料的制备及其用于光催化降解亚甲基蓝的研究(第三章)本章中,通过对二氧化钛进行氮掺杂及与石墨烯复合的方法制备出了一种新型的光催化材料。在氯化铵溶液中水解钛酸异丙酯,得到了氮掺杂的二氧化钛材料,同时以高纯石墨为原料,采用化学氧化法制备出了氧化石墨烯材料,然后将制备的N-TiO2与氧化石墨烯材料进行复合,通过加肼还原的方法,制备出了氮掺杂的二氧化钛/石墨烯纳米复合材料。通过SEM、TEM表征了材料的形貌,紫外可见光谱证明材料具有可见光响应。在实验中我们发现,材料对亚甲基蓝具有很强的吸附性能,对提高降解效果能起到很大作用。通过对比TiO2、N-TiO2、及N-TiO2/GR的光催化性能,发现N-TiO2/GR在紫外和可见光下都具有更高的降解效率。同时本文还多石墨烯复合的量进行了讨论。本工作制备出的纳米复合材料具有可见光响应,能够在可见光下降解污染物,同时促进了光生电子-空穴的分离,提高了二氧化钛的光催化效率。本文通过采用非金属掺杂及与石墨烯复合的方法,制备出了具有可将光响应的材料,极大的提高了二氧化钛在可见光下的光催化性能。4Au/TiO2-GR纳米复合材料的制备及其用于光催化降解亚甲基蓝的研究(第四章)本章中,通过水解钛酸异丙酯得到二氧化钛,然后通过煅烧得到纳米二氧化钛晶体,以高纯石墨为原料,采用化学氧化法制备出了氧化石墨烯材料,然后将二氧化钛与氧化石墨混合,通过加肼还原的方法制备出TiO2-GR,最后采用光催化方法将HAuCl4还原到Ti02-GR上,得到Au/TiO2-GR纳米复合材料。材料对亚甲基蓝具有很强的吸附性能,可以使亚甲基蓝在降解过程中很快在材料表面达到吸附平衡,从而促进降解效率。实验对比了Ti02、Ti02-GR及Au/TiO2-GR对亚甲基蓝的降解效果,发现通过与石墨烯复合及表面沉积金,可以很大地提高二氧化钛的光催化性能。本文通过采用表面贵金属沉积及与石墨烯复合的方法,制备出了具有可将光响应并能有效促进Ti02电子-空穴对分离的材料,极大的提高了二氧化钛在可见光下的光催化性能。