提高光催化材料的可见光光催化效率是推进光催化实际应用的关键。氧化铈空心球的形貌具有比表面积大、壳层可渗透等优点,在可见光光催化领域具有良好的应用前景。本文以PSAA微球为模板,溶胶凝胶法,制备了新型氧化铈空心球。作为可见光光催化材料,提高了光降解罗丹明B的效率;作为吸附材料,提高了染料吸附量。并制备了TiO2@CeO2双层空心球,进一步提高了氧化铈空心球的可见光光催化性能。此外,制备了氧化铈空心球三维阵列和氧化铈反蛋白石,可见光光催化降解罗丹明B的性能优于氧化铈空心球。在此基础上,分别深入地探讨了氧化铈空心球制备机理,结构和光催化性能之间的关系以及光催化的机理。具体研究内容及结果如下:(1)新型氧化铈空心球的制备和表征。以PSAA微球为模板,提高了氧化铈空心球的产出率,达95%以上。溶胶凝胶体系控制氢氧化铈颗粒在PSAA微球表面的堆积。溶胶凝胶引发剂对氢氧化铈的堆积影响最大。蠕动泵的添加方式,适合工业化生产。前驱体的用量直接影响氢氧化铈在模板表面堆积厚度。氧化铈空心球的粒径和壳层的厚度取决于PSAA微球的粒径和氢氧化铈堆积层在煅烧过程中的热收缩。氧化铈空心球的BET表面积和壳层的平均孔径与氢氧化铈胶体颗粒的大小,空心球的粒径,壳层厚度和煅烧温度相关。进而,得到氧化铈空心球制备的最佳条件和空心球形貌调控一般性规律,形成氧化铈空心球制备机理。(2)新型氧化铈空心球的染料吸附和光催化应用研究。氧化铈空心球对酸性黑的吸附效果最好,大大优于活性炭和氧化铈纳米颗粒。吸附行为高度符合拟二阶动力学方程(r2>0.999),组成空心球壳层的无数氧化铈晶体是吸附染料的活性点。吸附染料行为也符合langmuir吸附等温方程,相关系数高(r2>0.998),为单层吸附行为,具有良好的吸附力和吸附饱和性。氧化铈空心球对酸性黑的最大吸附量为140.2mgg-1,优于文献中的不同形貌氧化铈材料的染料最大吸附量。新型氧化铈空心球作为染料吸附材料可以反复使用,具有良好的稳定性能。经过6次循环使用,氧化铈空心球吸附染料的效率损失不足10%。氧化铈空心球具有优秀的可见光光催化降解染料的性能。在180min内,罗丹明b的可见光光降解率达到93%。动力学研究表明,可见光光降解罗丹明b反应具有自加速效应。氧化铈空心球对罗丹明b的可见光光催化有效降解量为0.694mgg-1min-1罗丹明b,优于文献中其他形貌的氧化铈材料。同时发现,氧化铈空心球可见光光催化反应与温度有关。氧化铈空心球的可见光光催化机理为:在可见光的激发下,氧化铈空心球的电子空穴对,分别生成超氧激子和氧负离子,氧化染料,不产生羟基自由基。氧化铈空心球在形貌结构上为染料的吸收-降解-释放的光催化路径提供了空间优势。(3)tio2@ceo2空心球的制备及光催化性能的研究。所制备的TiO2@CeO2双层空心球粒径为290 nm,壳层厚度为18.8 nm。内层为TiO2晶体,外层为CeO2晶体,带有TiO2-CeO2异质结晶体结构,壳层具有介孔属性。TiO2@CeO2空心球的光响应向可见光区域移动,带隙为2.7 eV,可见光光催化性能优于氧化铈空心球。光催化的动力学研究表明,光催化降解符合一级动力学方程。TiO2@CeO2空心球的可见光光催化降解的有效降解量为0.738 mg g-1 min-1罗丹明B,优于文献中的其他CeO2的参杂和异质结结构。优秀的可见光光催化性能的机理为空心球的形貌和TiO2-CeO2异质结晶体结构。(4)氧化铈空心球的三维大孔材料及光催化性能的研究。所制备的氧化铈空心球三维阵列由氧化铈纳米晶体颗粒构成。表面为大孔结构,大孔的直径约为290 nm。氧化铈空心球三维阵列的大孔内部彼此相连。溶胶-体系凝胶中的PSAA微球的规律,硝酸铈的浓度和配聚体的浓度直接影响氧化铈空心球三维阵列的形貌。所制备的氧化铈反蛋白石改变了氧化铈晶体对光子吸收,带隙为2.63 eV,对应的光波长为471 nm,增强了可见光吸收。氧化铈反蛋白石的可见光光催化性能优于氧化铈空心球。可见光光催化降解罗丹明B的反应速率和降解总量也优于文献中TiO2和ZnO反蛋白石。氧化铈反蛋白石可见光光催化降解染料的机理在于慢光子效应,染料敏化和内部相互连接的空腔结构。