随着工业的发展和人口的快速增长，能源问题和环境污染的问题日益突出，为了人类社会的可持续发展，研发出新型高效并且无污染的解决方案成为当今科研领域的重点。在众多的能源中，太阳能具有清洁，无污染并且可再生的特点，因此如何高效的利用太阳能是研究解决方案的主要方向，半导体光催化技术可以将太阳能转化为反应所需的化学能¹，其作为解决环境问题的新技术得到人们的广泛关注，表现出了良好的应用前景。

在众多的半导体光催化剂材料中，TiO₂展现了巨大的潜力，具有活性高，稳定性好，抗腐蚀能力强，价格低廉等优点，但是其自身的能带结构特点也在一定程度上限制了其应用，TiO₂的禁带宽度较宽（锐钛矿相3.2 eV,金红石相3.0 eV）, 一方面，只能被波长小于380 nm的紫外光所激发，对太阳光的利用率较低，另外，单纯TiO₂在光激发下产生的电子-空穴对较容易复合，这较大地限制了TiO₂材料在光催化领域的应用²，同时其大的比表面积产生的表面断键等，会在其禁带中产生大量的表面态能级，从而影响电荷的传输、复合和界面迁移^{3, 4}。为克服以上的问题，人们进行了一系列的探索研究，如元素掺杂法，染料敏化法，半导体复合法，表面贵金属沉积法等，试图拓展TiO₂的光响应范围到可见光区，并提高其光催化量子效率⁵。其中沉积贵金属是对TiO₂进行改性的最主要方法。

相关研究表明，金纳米颗粒是性能优异的电子助剂。与其他贵金属，如Pt相比金颗粒的价格较低并且容易获得，毒性也较小，其在TiO₂表面沉积，可以有效改变TiO₂体系的电子分布，影响到TiO₂的表面性质，使光电子和空穴得以有效的分离，从而使迁移到金纳米颗粒表面的电子发生还原反应^{6, 7}。

使用纳米金修饰的TiO₂材料在各个领域都有应用，包括污染物（包括污水和废气）的处理，光催化产氢等^{8, 9}。在污染处理方面，孟志鹏等采用阳极氧化法在纯钛表面制出了Au-TiO₂纳米管阵列薄膜，利用阳极还原法在在钛的表面制备了一系列管状TiO₂纳米，再利用超声的辅助通直流电，将金包裹在TiO₂纳米表面¹⁰，使得降解制糖废水的效率很高。另外，Sarkar等人通过原位生成具有优异的有机染料脱附能力的TiO₂和Au纳米颗粒的复合材料，该材料还伴有光催化降解的作用和高效的抗微生物活性，被认为是新一代的可持续发展的聚合物纳米复合材料¹¹。但是在用于光催化氧化有机污染物方面的研究还少见报道，特别是用于气相方面的研究更是少见¹²。在处理空气污染方面，Au-TiO₂光催化能有效去除包括甲醛在内的可挥发性有机污染物^{13, 14}。为了提高光催化去除甲醛等有害气体的效率同时减少反应过程中O₃产生的浓度，李佳等人采用了低温吸附的方法在TiO₂上进行了纳米Au颗粒的修饰¹⁵。

本课题采用TiO₂材料作为主体，在其表面使用纳米Au作为修饰，以改善其界面的电子迁移速率和表观活化能。本课题将采用光沉积方法进行纳米金修饰的TiO₂材料的制备，并通过各种技术手段对其形貌和性能进行表征。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：本课题采用P25为客体材料，制备纳米Au修饰的TiO₂材料，通过光沉积方法在材料上负载纳米Au粒子。

材料表征：对纳米Au修饰的TiO₂材料进行结构表征和电学性能测试，并通过XRD，N₂吸/脱附，TEM，SEM，红外UV-vis吸收等表征手段对其形貌结构及其元素组成进行分析，

性能研究：通过变温光电导测试和变温丙酮光催化实验（20-80°C）对其材料电子迁移速率和表观活化能进行分析。