光催化是一门集光学、电化学、材料学、表面化学和催化化学于一体的综合性学科,其特征是半导体材料通过有效吸收光能产生具有极强氧化能力和还原能力的光生空穴和电子,在催化剂表面发生直接或间接的氧化或还原反应。半导体光催化引起科学界普遍兴趣的主要原因在于其对能源利用和环境净化问题的潜在价值。光催化研究已开展30多年,研究较多的TiO₂系光催化剂,关键问题一是如何减少TiO₂的能隙（或设计非Ti光催化剂）,实现可见光照射下的光催化反应;二是如何有效抑制光生电荷的复合,提高量子效率;三是如何充分利用光学特性（反射、折射等）,提高对光的利用率。本论文围绕上述问题,采用醇解、溶剂热和超临界等技术制备具有特定结构和形貌的光催化剂。主要研究掺杂TiO₂光催化剂以及非钛光催化剂,目标是开发新型高效可见光催化剂,同时阐述光催化反应机理以及光催化剂的构效关系。主要研究内容包括以下四方面:1、醇解法掺杂Fe³⁺介孔TiO₂及其在可见光下的活性研究以四氯化钛为前驱体,以叔丁醇为氧供体,Fe（NO3）3为铁源,采用低温叔丁醇醇解法,直接制备了Fe³⁺掺杂的具有单一锐钛矿相结构的介孔TiO₂光催化剂。通过掺杂Fe量调变了催化剂的比表面积、粒径大小和表面微结构。该催化剂由于形成了新的中间能级使禁带宽度降低,因此在可见光降解亚甲基兰的反应中显示了良好的催化活性。相比同样由醇解法制备的未掺杂的TiO₂和水解法制备的Fe掺杂的TiO₂光催化剂,醇解法制备的Fe掺杂TiO₂光催化剂具有更高的比表面积,较好的结晶度,较多的氧缺陷和在可见光区较强的光吸收,因此在降解亚甲基兰的光催化中显示了极佳的催化活性。同时详细探讨了催化剂的几何结构、晶体构型和表面微结构对光催化活性的影响。2、溶剂热法制备掺杂Bi³⁺核壳TiO₂及其在可见光下的活性研究采用无模板技术快速合成结构可调的、具有结构均一和丰富的表面结构等特点的掺杂Bi³⁺的核壳型TiO₂。以对氯苯酚降解反应为探针考察了所制催化剂的光催化活性。掺杂Bi³⁺对光催化活性上的促进作用可能归因于形成了以Ti4+的3d轨道底部为价带,Bi³⁺的6s的轨道顶部为导带的新能带。同时良好的锐钛矿晶型和较大的比表面积也使Bi-CST样品具有较高的活性。另外,原位过程中的高温高压环境能够显著的增强Bi掺杂物种与介孔核壳TiO₂的相互作用,使掺杂效果更为明显,而独特的核壳结构可使可见光在内部空间进行多次反射,对光催化活性的提高起了很大的作用。3、超临界法制备高活性CdS-TiO₂复合光催化剂利用超临界流体合成了禁带宽度较窄的CdS,并将其与TiO₂进行复合,形成复合光催化剂,以对氯苯酚降解反应为探针考察了所制催化剂的光催化活性。对催化剂进行BET,DRS,XRD,XPS等表征,结果显示利用超临界可以得到CdS-TiO₂复合光催化剂,且超临界的过程不仅保持了TiO₂溶胶网络结构的完整性,并利用超临界过程使CdS不容易被氧化。后期在高纯氮气氛下的焙烧,有效地提高了CdS-TiO₂复合光催化剂的结晶度。超临界法制备得到的CdS-TiO₂复合光催化剂在对氯苯酚降解中显示了较好的光催化活性。同时通过催化剂寿命考察,认为超临界制备的CdS-TiO₂复合光催化剂较稳定,CdS在反应过程中不容易游离成Cd²⁺,避免了二次污染。4、新型钨酸铋可见光催化剂的合成与催化活性的研究通过无模板的溶剂热法制备了具有空心球形结构钨酸铋,并通过改变陈化时间和陈化温度,调变了合成样品的形貌。采用SEM、XRD、紫外可见漫反射等测试手段,对产物形貌和组成进行了详细的分析和表征。通过考察反应条件,发现其形成机理可能是在溶剂热条件下首先形成了表面光滑的球体,焙烧后,由于前驱体中存有大量有机物,这部分有机物除去的过程形成了表面小孔。样品在对氯苯酚中降解也显示了一定的催化作用。