● 摘要
近年来，人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO2电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。半导体TiO2的强催化性，稳定性质，低廉造价，无毒害等优点而成为21世纪最具潜在应用价值的半导体材料之一。但是，作为光催化条件的反应物本身，纳米TiO2存在两方面的局限性：一是其较大的禁带宽度（Eg > 3.2eV）以及在可见光区域的低光谱响应能力、吸收能力。这都降低了其在可见光区域的催化性能；二是在光催化反应中，与太阳光解产生的游离态电子-空穴对没有足够时间与降解物相结合，致使TiO2在光催化反应中光量子效率大大降低。因此，改善TiO2在可见光区域内光谱带宽、提高TiO2光催化效率已成为广大科研工作者的主要任务。常用提高催化效率的方法包括控制晶型成长，非金属掺杂，金属掺杂，贵金属沉积，光敏化染料，二元半导体复合。
本文主要从以下几点着手研究：第一，从贵金属掺杂着手。实验采用溶胶-凝胶法制备工艺，以酞酸丁酯和硝酸银作为反应物，无水乙醇作为溶剂，通过控制混合液的PH值，反应温度，搅拌速度和银浓度提高催化剂性能；第二，从表面改性着手。通过APS表面改性水解产物制备复合光催化剂；第三，从降低能耗着手。反应是在常温常压下进行，有效降低生成物的活化能。
本文对纳米TiO2粉体光催化机理进行了研究与探讨，实验利用溶胶-凝胶工艺制备样品，通过水解反应中掺入金属Ag，实现催化剂在可见光区域带宽范围的红移。通过不同的表征手段，包括利用X射线衍射仪（XRD）、环境扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶光谱吸收仪（FT-IR）、综合热分析（TG-DTA）、激光粒度仪（Nanoparticle size Analyzer）、紫外-可见-近红外分光光度计（UV-vis）等技术，对样品的相结构、微观结构及光催化性能进行了详细的研究。主要实验结果及研究结论如下：
（1）水解反应中，TiO2成胶速率与反应溶液中的PH值有较大影响，通过实验发现，PH=3~10范围内光催化剂有较好的催化性，酸性过强或碱性过强的反应溶液不利于胶体均匀增长，在酸性环境下成核速率较快，极易发生团聚现象，不利于光催化剂的光吸收效率，而在碱性环境下，水解成核速率较慢，形貌均匀。
（2）随着反应中银离子含量的不同，样品的晶粒尺寸有较大影响，而且在可见光区域下的吸收效率明显增强，而过量的银粒子又会导致胶体失活而发生二次团聚，当反应中mAg:mTiO2=0.05的配比能够很好地实现光催化剂的最大吸收强度。
（3）引入表面改性剂能够有效地抑制晶粒转变温度和提升催化性能，适量的改性剂含量能够提高催化剂的量子效率，而过量的改性剂含量又会使水解生成物发生团聚。在本实验中发现，当APS=0.3ml时光催化效果最佳。
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