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近年来,经济的急速发展带来的能源和环境问题越来越受到人们的关注。解决当前环境污染问题是提高人民生活质量的首要任务。对环境污染修复方法的研究也逐渐成为科研工作者们的研究热点,其中半导体光催化氧化技术因具有高效、节能、无毒、重复利用率高,以及对污染物彻底降解的等诸多优点,而成为一种理想的环境污染治理技术。TiO2作为半导体纳米材料中研究最深入的光催化剂之一,已经广泛的应用于污染物质的环境修复研究中。但是TiO2具有电荷复合效率高和对可见光的响应低两大限制因素严重制约了它的实际应用。所以本文从这两大限制因素出发,利用配合物-金属电子转移(LMCT)作用拓展TiO2对可见光的响应,通过TiO2-LMCT过程在可见光下合成了Ag-TiO2纳米复合光催化材料;并通过TiO2-LMCT过程实现了在可见光下对甲基橙(MO)的厌氧降解。初步获得了以下几个结论: 1.TiO2在可见光下通过甲醇可以对Ag+还原并合成Ag-TiO2纳米复合材料,通过UV-vis DRS分析表明TiO2和甲醇之间形成了表面电子转移配位体,证明Ag-TiO2的合成属于TiO2-LMCT过程。借助XRD和TEM-EDS表征发现Ag纳米颗粒负载在TiO2的表面;通过UV-vis DRS和PL分析显示Ag-TiO2在450~550nm处有表面等离子体共振效应,并且Ag纳米颗粒负载之后可以显著的降低TiO2的荧光强度。 2.在紫外光下测试Ag-TiO2的光催化性能实验发现,Ag纳米颗粒的负载对TiO2的光催化性能有很明显的影响,并且在5%负载量时达到最大的光催化效果;通过加入不同的自由基清除剂验证光催化反应的机理,结果显示Ag纳米颗粒的负载可以明显改变TiO2的光催化机理,主要表现在改变·OH在光催化反应所起的作用;TiO2和Ag-TiO2两种材料在N2条件下的光催化结果表明,Ag纳米颗粒的负载可以显著增强TiO2在N2条件下的光催化活性。 3.利用TiO2在可见光下基于LMCT厌氧降解甲基橙的实验中发现5种生物缓冲剂(HEPES、PIPES、TAPS、TRIS和MOPS)都可以作为天线分子。不同的生物缓冲剂作为天线分子的效率有很大的差异,光催化效率主要和生物缓冲剂的pKa值有关,且生物缓冲剂的分子结构也会有很大影响。通过UV-vis DRS确认了TiO2和生物缓冲剂(HEPES)可以形成表面电子转移配位体;在可见光的照射下,TiO2和HEPES组成的二元体系可以有效的对MO进行厌氧降解;加大HEPES的浓度可以增加整个光催化反应的速率;酸性条件下可以加速体系对MO的降解;加入不同的清除剂的实验说明体系中e-是主要的活性物质。 4.利用甲醇作为天线分子对MO降解的实验发现,甲醇的浓度对整个光催化反应基本上没有影响;对HEPES体系和纯甲醇体系中MO降解产物的GC-MS分析结果显示,HEPES体系中MO主要被降解为N,N-二甲基对苯二胺,而甲醇体系中是N,N-二甲基对苯二胺和N,N-二甲基-4-亚甲基氨基苯胺,其中N,N-二甲基-4-亚甲基氨基苯胺是由N,N-二甲基对苯二胺和体系中甲甲醇反应得到。说明MO的降解是由天线分子(HEPES或者甲醇)介导的TiO2-LMCT过程。 本文主要研究了两类天线分子(HEPES和甲醇)介导的TiO2-LMCT过程在材料合成和环境修复中的应用,提出了LMCT中的反应机制和一些相关的影响因素。为今后进一步扩大TiO2的实际应用提供了一种新的思路。