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光催化作为解决能源和环境问题的理想、有效的方法之一,制备新型高效的光催化材料是当前研究的热点。结合习总书记提出“中国梦”后人们对人居环境“绿色梦”的追求及本学科木材科学的研究,以天然可再生的生物质材料(木材、木粉及蝶翅)为基质,负载无机微纳米材料,构建绿色化、功能化、舒适化的生物质基复合材料。生物质材料的特殊多层次结构,如木材的多孔结构、蝶翅的鳞片结构,以及其组成成分中富含羟基、氨基等具有吸附作用的基团,是无机微纳米粒子成核及生长的位点,因此,通过简单的水热合成和银镜反应,将生物质的优势与具有特殊功能的无机材料完美结合。基于木材的实际应用,进一步通过表面低表面能物质改性处理,可改善木材的固有缺陷,提高木材表面的超疏水、超双疏性能,同时无机微纳米粒子赋予了木材抑菌、光催化降解、负氧离子释放及气体传感等多功能特性。通过煅烧处理,将生物质材料中富含的非金属元素碳掺杂入无机半导体材料中,复制生物质模板的结构,并通过碳掺杂提高半导体材料的结构特征,得到新型高效的生物质衍生碳掺杂的半导体气敏材料。本论文的主要研究内容及结论总结为以下几点:(1)以低温水热合成法和低表面能物质氟硅烷修饰,得到超疏水TiO2/木材。低温水热制备的TiO2微球在木材表面分布均匀且致密,同时两步法构建的超疏水木材表面的水接触角达到152.9°。经强酸、高温、高湿及紫外照射的恶劣条件中的耐久性实验后,超疏水TiO2/木材保持优异的超疏水性;(2)通过水热合成和银镜反应,以木材为基质,构建出微纳米Ag/TiO2/木材复合材料,并经过氟硅烷FAS-17处理后,得到超疏水Ag/TiO2/木材。经光催化性能研究,超疏水Ag/TiO2/木材在可见光照射下对苯酚的降解展现出优异的催化活性,优于单纯TiO2负载的木材。同时,超疏水Ag/TiO2/木材的水接触角达到153.2°,在木材产品的自清洁应用中起着至关重要的作用。Ag纳米粒子赋予了木材在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌中具有抑菌性能。因而,得到一种超疏水、抑菌和良好的光催化降解有机污染物的多功能型的Ag/TiO2/木材复合材料,极大地促进了改性的木材在光催化、自清洁、抑菌方面的应用;(3)通过两步水热合成法,制备了 TiO2/Cu2O/木材复合材料,并对其做进一步表面修饰,得到超双疏TiO2/Cu2O/木材,水接触角和油接触角分别达到158.6°和154.3°。经紫外光照射负氧离子释放性能研究可知,超双疏TiO2/Cu2O/木材释放负氧离子的性能显著提升,这归因于np异质结的阶梯式的能带结构,促使Cu2O上产生的光生电子被TiO2中Ti4+离子捕获,从而促进Ti4+离子被还原成Ti3+离子,Ti3+离子的存在提高了样品的光催化活性,使其在紫外光照射下释放负氧离子的量达到“新鲜空气”的标准。同时释放的负氧离子具有杀菌性能,得到的超双疏TiO2/Cu2O/木材对大肠杆菌具有抑菌性。因此,得到一种具有超双疏、抑菌和释放负氧离子的多功能型无机纳米/木材复合材料;(4)以木粉为模板,通过两步水热合成法及煅烧后处理制备了木质基WO3/TiO2光催化剂。其中木粉充当碳基质,使得通过煅烧处理制备的木质基WO3/TiO2光催化剂具有较高的比表面积和更加致密的形貌特征,为光催化提供了更多的活性位点。该方法制得的木质基WO3/TiO2光催化剂在紫外光和可见光下降解有机染料的性能优异,且可回收再利用;(5)以木粉为模板,水热生长Bi2WO6半导体材料,通过煅烧处理,得到生物质衍生C掺杂Bi2WO6半导体材料。碳的掺杂改善了材料的结构特征,赋予其较高的比表面积和较大的孔体积。同时在气敏响应性测试中,此新型C/Bi2WO6气敏材料对含羰基的丙酮、乙酸和乙酸乙酯气体呈现出较强的响应性;(6)以巴黎凤尾蝶蝶翅为模板,通过简单的水热合成和煅烧,制备生物质衍生C/TiO2复合材料,在合成过程中控制产物的晶体结构和形貌,并控制生物质衍生碳的掺杂量。成功仿生蝶翅类蜂窝状的多孔结构,并使其具有较高的比表面积和较小的晶粒尺寸。在模拟密闭环境中气体持续泄露的实验中,将制备的C/TiO2同时用作气体传感器和光催化剂。将光催化与气体传感相结合,一方面光催化可对气敏传感系统起到保护作用,另一方面据推导出的关系式,利用气敏响应值可估算出光降解后密闭环境中残留气体的浓度。