1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.引言

我国长期以来对能源的安全供应非常重视,相对来说忽视了能源发展对环境所产生的负面影响,导致环境问题日益严重。半导体光催化材料由于具有解决环境污染和能源短缺问题的潜在能力,越来越受到国内外学者的关注,成为当前国际化学、环境、能源和材料等领域的研究前沿和热点^[1]。

二氧化钛光催化研究起源于1972年日本科学家fujishima和honda以二氧化钛薄膜为电极,利用光能分解水的实验^[2]。1976年,frank等人将半导体材料用于光催化降解污染物并取得了突破性的进展。此后,他又用ti0₂粉末催化光解水中污染物,得到了较满意的效果。半导体ti0₂光催化技术在污水处理、空气净化和抗菌方面的研究广泛开展起来。ti0₂由于具有抗化学和光腐烛、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等特性,对难降解的有机物具有很好的降解作用,能处理多种有机和无机污染物,具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势,因此具有广阔的应用前景^[3]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.黑色tio₂（black-tio₂）

1972年发现了tio₂电极上的水的光催化分解，促使了对tio₂光催化能量转换和存储的大量研究^[2]。然而，tio₂具有较宽的带隙能，因此其不吸收可见光；在模拟太阳光照射条件下，其光电转换效率小于2.2％。这种效率远低于可接受的太阳能产氢效率（10％）。于是需要将tio₂基材料的响应光谱扩展到可见光区，目前采用的手段有：1）通过将非金属离子（例如c，n和s）掺杂进入到tio₂中；2）通过引入金属在tio₂的导带下形成供体态离子转化为tio₂。

为了增强tio₂的可见光和红外光吸收，设计了一种新颖的方法^[7]来产生无序的纳米相tio₂并且同时通过tio₂纳米晶体的氢化掺入掺杂剂。他们通过在40℃下加热前体溶液（由四异丙醇钛，乙醇，盐酸，去离子水和有机模板，pluronic f127组成）24小时来制备纳米相tio₂，随后在110℃下蒸发和干燥24小时，最后在500℃下煅烧6小时。所获得的tio₂纳米颗粒是具有锐钛矿结构且平均晶体尺寸为约8nm的高度结晶。tio₂样品在20个大气压和200℃下氢化5天生成两相：作为核的结晶tio₂纳米晶体和具有氢掺杂剂的高度无序表面层（约1nm厚）。结果是这种氢化tio₂纳米晶体的光吸收从紫外转移到近红外，伴随着颜色从白色到黑色的变化。氢化黑色tio₂纳米晶体的光学间隙为约1.0#160;ev，其远远低于未处理的tio₂样品的光学间隙。此外，氢化黑色tio₂表现出优异的活性和稳定性，用于从水中氢的光催化生产。在模拟太阳照射下，用百分含量为0.6的pt0.02g黑色tio₂纳米晶体催化甲醇每小时产生0.2mmol h_#160;2。这种氢气产生速率比大多数半导体光催化剂大约两个数量级，能量转换效率达到24％。 在持续15天的15个测试周期中，高h₂产率保持不变，没有催化剂再生，表明黑色tio_#160;2的稳定性。 相比之下，在相同的实验条件下，未负载pt的未改性的白色tio₂纳米晶体不产生h₂。