在最近的几十年里,水污染问题已经受到世界各地越来越多人士的关注。富含有机物的水导致大量微生物充满水源,进而破坏了生态平衡。如何解决水质富营养化已经成为社会关注的焦点问题。二氧化钛作为重要的氧化物催化剂之一,已经广泛应用于环境和能源领域。在TiO2的几个晶相中,锐钛矿型TiO2由于其在催化领域的优异性能而吸引了很多研究人员。随着TiO2光催化剂研究的进一步深入,人们发现TiO2光生空穴/电子对的高复合率和宽带隙限制了TiO2光催化剂在实际中的应用。因此,使用更低的成本合成具有优异光催化性能的TiO2材料,仍然是研究人员面临的巨大挑战。本文主要用简易的溶剂热法合成具有不同微观形貌的TiO2光催化剂,并且对其晶体结构、改性以及光催化活性等方面进行研究。其主要内容可归纳为以下四个方面:(1)采用溶剂热法在不同温度下制备了三维球形锐钛矿型TiO2光催化剂。X射线衍射(XRD)显示所得样品是高纯度的锐钛矿结构。扫描电子显微镜(SEM)表明,TiO2样品的形貌为球形微观结构,并且可通过改变溶剂热反应温度来控制。在反应温度为150℃、175℃和200℃下制备的TiO2光催化剂的带隙分别为3.16eV、3.09 eV和3.11 eV。采用紫外光照射罗丹明B水溶液的降解速率来评价所制备的TiO2的光催化性能。实验结果显示,所合成的TiO2光催化剂对罗丹明B的光降解表现出优异的性能,优于商品化的P25。根据实验结果分析可知,TiO2光催化剂的光催化性能在很大程度上取决于晶体的带隙,结晶度和晶体尺寸的共同作用。(2)以硫酸钛为钛源,采用简易的溶剂热法在110 ℃成功获得了具有三维管状分级结构的TiO2样品。实验结果表明该产物是高纯度的锐钛矿相。扫描电子显微镜和透射电子显微镜图片表明所合成的TiO2样品的形貌为三维管状分层TiO2微观结构。样品的禁带宽度为3.22 eV,略微高于块状TiO2(3.2 eV)。三维管状TiO2分级结构具有高达136.74 m2/g的比表面积。采用紫外光照射罗丹明B水溶液的降解速率来评价所制备的TiO2的光催化性能。结果测得三维管状TiO2分级结构对罗丹明B水溶液的分解速率为0.018 min-1,明显优于商业P25(0.013 min-1)。(3)为了进一步增强TiO2样品的光催化活性,采用简易的水热法制备了ZnO、Ti02和TiO2-ZnO复合光催化剂。从制备样品的Tauc图中,得出ZnO、TiO2和TiO2-ZnO复合光催化剂的带隙分别为3.34eV、3.22 eV和3.12 eV。采用可见光照射罗丹明B水溶液的降解速率来评价所制备样品的光催化性能。其中ZnO、P25、TiO2和TiO2-ZnO复合光催化剂降解目标污染物的速率常数分别为0.0023 min-1、0.0059 min-1、0.0085 min-1和0.011 min-1。制备的TiO2-ZnO复合光催化剂在对罗丹明B水溶液的光降解中表现出优异的性能。根据实验结果分析,样品光催化性能增强可归因于晶格畸变引起的晶体缺陷、更低的禁带宽度以及较低的空穴/电子对复合率。此外,TiO2-ZnO复合光催化剂在可见光下对罗丹明B光降解具有良好的稳定性。(4)在室温下采用简单的溶剂热法制备了Ag/TiO2空心结构。实验结果显示纯TiO2样品为高纯度的锐钛矿相TiO2,并且其微观结构为高比表面积的空心结构。测得P25、纯TiO2和Ag/TiO2空心结构在可见光下降解罗丹明B污染物的速率常数分别为0.0041 min-1、0.0088 min-1和0.0133 min-1,测试结果表明Ag/TiO2空心结构具有优异的光催化活性。其主要原因在于金属银在光催化过程中可作为光生电子的临时聚集地,可加快光生空穴/电子对的分离并且阻碍其复合,从而增加了Ag/TiO2空心结构的光催化性能。