以二氧化钛为基础的多相光催化技术有望成为解决环境和能源问题的理想途径。但TiO2只能吸收紫外光,这极大的限制了 TiO2的广泛使用。为了拓宽TiO2的光响应范围,氮掺杂或碳修饰是一种非常有效的改性方法。本文首次利用生物高分子材料壳聚糖,通过低温水热和煅烧法制备了新型氮掺杂、碳修饰TiO2复合材料(Cts/TiO2)。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外图谱(FT-IR)、氮气吸附-脱附(BET)等多种表征手段对Cts/TiO2复合材料的组成、形貌、结构和比表面积等进行了详细的表征。以液相光催化降解液相RhB和4-CP,气相苯以及选择性氧化苯甲醇及其衍生物等作为模型反应来考察它们的光催化性能。采用紫外-可见漫反射光谱(DRS)、电子顺磁共振谱(ESR)、活性物种捕获剂等方法探究催化剂的光吸收性能以及可能的光催化反应机理。研究结果表明:(1)随着壳聚糖添加量的增加,Cts/TiO2复合材料的光吸收波长范围可以扩展至650nm。当壳聚糖的添加量为0.25g时,Cts/TiO2具有最佳的可见光降解RhB的活性,是氮掺杂TiO2(N-TiO2)在相同条件下活性的4.8倍。(2)实验结果表明Cts/TiO2复合材料中不但含有氮物种,同时也存在含碳物质,这些含碳物质可以进一步增强Cts/TiO2的可见光吸收能力,它们的共同作用在TiO2禁带中形成杂质能带;(3)通过捕获剂以及ESR等实验表明超氧自由基是Cts/TiO2复合材料在可见光照下液相光催化降解污染物的主要活性物种;(4)通过BET实验和TEM实验表明在Cts/TiO2复合材料中存在介孔结构。在模拟太阳光照下Cts/TiO2复合材料在选择性性氧化苯甲醇反应中表现优异,且煅烧温度为200 ℃时样品光催化性能最佳,是相同条件下N-TiO2活性的3.1倍;(5)实验表明电子与超氧自由基是选择性氧化苯甲醇反应的主要活性物种,且通过ESR实验表明产生的超氧自由基具有较长寿命。论文的特色与创新:(1)利用壳聚糖作为氮、碳源合成出介孔Cts/TiO2复合材料,其光催化性能优异且稳定性好;(2)探索了含碳官能团与氮掺杂物种共同作用在TiO2禁带中形成杂质能带对材料光吸收性能以及光催化性能的影响;(3)通过各种实验研究提出了可见光降解污染物的机理以及模拟太阳光下选择性氧化苯甲醇及其衍生物的反应机理。