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科学技术的飞速发展给我们的生活带来日新月异的变化,但与此同时,人类也开始面临更多的问题与挑战。能源短缺与环境污染更是人类关注的焦点问题。1972年,Fujishima和Honda在Nature上发表了利用TiO2电极光解水产氢的论文,给人们打开了一个新世界的大门。半导体材料成为横跨在材料与能源之间的桥梁,利用半导体可以捕获太阳光来降解水体中的染料、纤维以及有机污染物。为人们的研究指明了方向。在众多半导体催化剂的研究中,TiO2依旧是长盛不衰的明星材料。它本身稳定性好,无毒,成本较低,氧化还原能力强,有着广泛的应用前景。但是TiO2也存在着一些问题,例如其载流子复合严重,只能捕获紫外光,对可见光无响应等。为了提升TiO2的降解性能,人们利用多种材料对其进行修饰与复合,形成以TiO2为主体多元的复合催化剂,并提出了多种复合方式。随着研究工作的进行,二元复合催化剂的载流子转移路径逐渐受到了研究工作者的关注,人们针对二元复合催化剂提出了不同的结构模型,如异质结型,Z-Scheme型,但是目前的研究工作对两者的界限仍存在争议,对以上两种模型的对比分析工作尚未大规模展开。针对以上研究背景,本文采用碳材料修饰纳米TiO2催化剂,在提升其性能的同时对载流子的行为进行了探索,制备两种结构模型并在相同条件下对比其物理化学特性。研究内容如下:1)通过水热法制备纳米TiO2光催化剂。再分别用石墨碳和C3N4两种不同的碳材料修饰TiO2颗粒。石墨碳修饰的Ti02为表面包覆碳层的Ti02颗粒(Ti02-C),C3N4修饰的TiO2为TiO2包覆的C3N4二维纳米片(TiO2-C3N4)。通过SEM、XRD、XPS、DRS等手段表征了上述材料的物理化学性质。以亚甲基蓝为模拟污染物,在UV-Vis光照下探究其催化效果。对制备过程中TiO2的煅烧温度对晶型结构的影响进行了研究,并分析了复合催化剂的光电化学性能,确定了复合催化剂中不同成分的最佳比例。得到了催化性能大幅度提高的二元复合光催化剂并验证了两种材料各自的反应机理。2)将所得的两种二元材料组合成三元催化剂,首先碳材料包覆TiO2颗粒后再负载于C3N4纳米片上,合成TiO2-C-C3N4全固态间接Z-Scheme型半导体催化剂。通过光电化学表征对TiO2-C3N4和TiO2-C-C3N4材料的带隙结构进行分析,对比相同材料下type-Ⅱ型半导体催化剂与Z-Scheme型半导体催化剂载流子转移之间的区别,并以催化实验判断其性能,验证了不同催化机理下性能的差异。