半导体TiO₂在有机污染物和染料去除、大气净化、产H2等工业领域有普遍的应用。但是在实际应用中,受到以下这几方面的限制:一是由于TiO₂自身表面积较小,对低浓度污染物的去除效率低,且回收起来较为困难。二是只有紫外光能激发TiO₂发生催化效率,且电子-空穴对容易复合,难以利用太阳光中的可见光。另外制备TiO₂的传统方式为高温加热法,高温加热所需要的设备条件要求高,加热时间长,浪费大量的能量。因此本文以钛酸丁酯为原材料,活性炭（AC）为载体,采用溶胶凝胶法在微波辅助条件下制备了活性炭负载TiO₂（AC/TiO₂）光催化剂。并以Fe、Cu、N离子对AC/TiO₂进行改性研究,探讨其对甲醛降解效率的影响。研究结果如下:采用微波辅助溶胶凝胶法制备AC/TiO₂,研究了微波功率、微波时间和活性炭与TiO₂凝胶的质量比对AC/TiO₂结构和性能的影响。结果表明微波辐射时间为15 min,微波功率为700 W,AC与TiO₂凝胶为1:10时,制备的AC/TiO₂中含有锐钛矿和金红石相,TiO₂为球形的纳米粒子,颗粒大小20-50 nm并均匀分布在AC表面。TiO₂负载在AC上后的吸光性表现出明显的红移,比纯TiO₂表现出更强的光吸收能力。在紫外灯照射下AC/TiO₂对甲醛的降解效率为34.37%,甲醛初始浓度越低,紫外灯光越强,催化剂投加量越多,光催化剂对甲醛的光催化降解率越高,在酸性甲醛溶液中的降解效果优于光催化剂处于碱性溶液里的降解效果。在紫外线照射300 min后,AC/TiO₂对罗丹明B染料的去除效率为98%,主要归因于介孔炭材料的高吸附能力和高含量的TiO₂。荧光光谱分析表明羟基自由基（×OH）在光催化降解过程中扮演着重要角色。为了提高AC/TiO₂对甲醛的降解效果,将Fe和N掺杂AC/TiO₂,结果表明Fe、N的最佳掺杂量分别为0.01 g和0.4 g,对甲醛的光催化降解率分别达到73.0%和50.0%。掺杂改性没有影响AC/TiO₂的比表面积大小。0.4N-0.01Fe-AC/TiO₂中,N掺杂后进入TiO₂晶体内部,在O2p轨道的价带跟Ti3d轨道的导带之间形成一条新的杂交轨道,而Fe3+掺杂AC/TiO₂后在导带下面出现一条新的能带。在Fe、N共掺杂改性的AC/TiO₂中,两种离子在降低带能方面具有协同效应,带隙能更是降为2.58 e V。TiO₂的锐钛矿和金红石相的比为57:43,这有利于降低光生电子和空穴的复合,进而提高×OH产率,对甲醛的降解效率达到93%。另外催化剂在应用中表现出很好的稳定性和可重复使用性。研究了铜离子掺杂对AC/TiO₂的影响。当Cu掺杂量为0.15 g时,Cu-AC/TiO₂对甲醛的光催化降解率达到83.6%。Cu离子掺杂使得TiO₂的导带下面形成一条新的导带,并取代TiO₂晶格中部分的Ti4+导致了大量的O缺陷,这样很容易使N加入TiO₂填补O的缺陷,降低禁带宽度。催化剂在灯光照射下,激发态的电子从TiO₂的导带迁移到Cu的导带上,提高电子空穴对的分离效率,提高催化效率。Cu价带上的电子也可能转移到TiO₂的价带上使得Cu的价带上产生空穴,促进催化剂的催化效果。N-Cu-AC/TiO₂禁带宽度减低为2.47 e V,对甲醛的降解效率达到94.38%。该论文表明微波辅助溶胶凝胶法制备光催化剂具有潜在的实用能力,并且对其他催化剂的制备有一定的借鉴作用。