半导体光催化剂在材料领域有很多优势,而磁载半导体光催化剂既改善了环境污染问题又从能源回收利用的角度大大节约了能源,有广泛的发展前景。本论文从提高磁载光催化剂性能的角度对磁载光催化剂进行优化,在相同的测试条件下,所制备的光催化剂的光催化性能比肩甚至优于P25。探讨了影响光催化活性的因素及各因素之间的关系,这对于优化光催化剂的光催化活性具有重要的意义。主要包括以下几方面工作:第一、制备了磁载α-Fe2O3@Ti O2复合光催化剂。作为一种能够利用可见光能源的半导体α-Fe2O3被成功引入到磁载Ti O2光催化剂中。适当的赤铁矿α-Fe2O3相掺杂拓展了复合光催化剂在可见光谱区的响应,因而提高了复合光催化剂在紫外-可见区域的光催化性能。另外,掺杂相α-Fe2O3和Ti O2形成了异质结,异质结自建场的形成是光催化效率提高的关键,由于异质结的形成,光生电荷能够迅速转移用于光催化过程而不被复合。简单混合的两种半导体没有明显改善光催化性能,这说明异质结自建场的形成对光催化性能的优化作用是明显的,这也是α-Fe2O3和Ti O2这两种半导体结合提高光能利用率的作用机理所在。所制备α-Fe2O3@Ti O2复合光催化剂不仅具备较好的光催化能力还可以实现磁转移。第二、利用一种简便的方法在Fe3O4@Ti O2复合结构中引入烧结了的烧结Ti O2(Ti O2-S)晶体,提高了光催化剂的光催化性能。在合成磁载Fe3O4@Ti O2的过程中将事先制备好的Ti O2-S加入反应体系,水解过程产生了新的水解Ti O2(Ti O2-H)也同Ti O2-S一起复合到Fe3O4上。在整个光催化过程中,Ti O2-H起到了几个关键性的作用:首先由于Ti O2-H具有锐钛矿结构,所以可以参与到光催化降解反应中,其次是隔离了磁铁矿Fe3O4和Ti O2-S,降低了二者的电子-空穴复合率,再次就是作为粘合剂支撑起了整个复合结构。测试结果表明添加Ti O2-S晶体的光催化剂可以获得较高的光催化活性,光催化效果优于未添加Ti O2-S样品,这与此前报道的比表面积越大光催化效果越好的规律恰好相反。添加Ti O2-S后的晶体结构促进了光生电子-空穴对的有效分离,在光催化过程中相对于比表面积起到了更加重要的作用。另外,所制备的复合物在室温下展示出优越的磁转移性能。第三、利用模板法合成出具有可见光催化作用的多孔结构的赤铁矿α-Fe2O3光催化剂。甲基橙光催化降解实验用于评价样品的光催化性能。比表面积测试表明样品的光催化降解能力受比表面积的影响不明显,而从SAED测试和HRTEM测试显示光催化降解能力最强的样品D和E均出现了孪晶,而其他样品均表现出多晶,说明孪晶的形成对于光催化活性的作用要大于比表面积所起的作用,进而说明孪晶结构的形成有效地提高了光催化剂的光催化性能,这说明孪晶的形成可能导致了光催化剂表面暴露了更多的活性位,在光催化的过程中相当于提供了更多的活性点,最终提高了光催化剂的光催化活性。另外,利用赤铁矿α-Fe2O3常温下的弱铁磁性能实现磁转移。第四、在合成过程中通过调节原料尿素((NH2)2CO)的浓度得到了系列Fe3O4@Ti O2复合物。甲基橙降解测试表明,当(NH2)2CO浓度小于2.25 mol/L时(低(NH2)2CO浓度组)制得的样品光催化活性高于浓度大于2.5 mol/L时(高(NH2)2CO浓度组)所制得的样品,其光催化效率甚至超过了P25。有趣的是,低(NH2)2CO浓度所得样品的比表面积却低于高(NH2)2CO浓度所得样品,这说明比表面积的增加对样品光催化活性提升的作用并不明显。导致低(NH2)2CO浓度组样品光催化活性明显提升的主要因素可能有两个:首先,通过漫反射谱数据,发现低(NH2)2CO浓度组样品具有更低的反射率,这说明低(NH2)2CO浓度组样品的结构提高了光的吸收采集效率;其次,FT-IR结果表明,低(NH2)2CO浓度合成的样品键合了更少的NH4+,保留了更多的活性点位,最终导致光催化活性高于高(NH2)2CO浓度组。