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环境污染和能源短缺是当今人类面临的两大难题。光催化技术是利用太阳光激发半导体产生电子-空穴,经过一系列的反应生成活性氧物种,将有机污染物和微生物分解为CO2和H2O,因此光催化技术成为解决环境污染问题的理想方法之一。TiO2因具有化学稳定性、形貌易调控、毒害作用小和低成本等优点,成为最常用的半导体光催化剂。但是纯TiO2本身只能吸收太阳光谱中的紫外光,且光生载流子复合速率快,这些限制了它的光催化效率和应用。本文围绕如何提高半导体纳米结构的太阳光利用效率和光催化效率,构建了贵金属/二氧化钛杂化纳米结构光催化剂,并对其光催化性能和增强机理进行了研究。研究的主要内容如下:(1)在全光照射下采用物理混合的方法制备了 TiO2/Pt基(TiO2/Pt、TiO2/PtCu、TiO2/PtCuCo)杂化纳米结构。通过改变Pt基金属颗粒的用量能够实现对金属负载量的简便调控。实验结果表明,当Pt基金属与TiO2以2%质量比进行杂化时,其光催化降解有机染料的效率最高。TiO2/Pt基催化剂光催化降解活性的顺序为:TiO2/PtCuCo>Ti02/PtCu>TiO2/Pt>TiO2。而且TiO2/PtCuCo对4种偶氮类染料均表现出良好的降解效果。此外,TiO2/PtCuCo杂化纳米结构对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也有很好的抗菌效果。利用电子顺磁共振波谱技术测试了光照过程中活性氧物种的产生情况,发现Pt基金属助催化剂都能显著增强光激发TiO2产生的羟基自由基,超氧化物和单线态氧,并且表现出与光催化活性增强类似的组分依赖关系:PtCuCo>PtCu>Pt。(2)利用表面修饰组装的简单方法合成了金纳米球/二氧化钛(AuNS/TiO2)、金纳米棒/二氧化钛(AuNRs/TiO2)等离激元杂化纳米结构。负载了金纳米球或金纳米棒的Ti02纳米片颗粒均表现出对长波光很强的吸收能力。结果表明,与纯TiO2相比,负载Au的TiO2无论在紫外光还是可见近红外光的照射下都表现出显著增强的催化活性。其中,AuNRs/TiO2在波长大于700 nm光照下具有更强的光催化氧化和还原活性,这可能与其SPR增强效应有关。电子自旋共振波谱测试结果表明,Au/TiO2杂化结构的形成能显著提高活性氧物种和光生电子的产生能力。通过比较分析,在可见光照射下的这种增强主要源于SPR效应,而在太阳光和紫外光下的增强主要取决于从Au对TiO2光生电子的富集效应。这些结果揭示了 Au/TiO2纳米结构的优异光催化活性与活性氧物种和载流子的增强产生相关,以及SPR效应对可见光生活性中间物种和光催化活性的主要贡献。