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目前，以TiO2为代表的光催化环保材料已得到了广泛研究。TiO2作为一种性能良好的光催化剂，主要体现在其具有独特的化学稳定性、热稳定性、高效、无毒，成本低等特点。在光催化反应中，由于TiO2的禁带(3．2eV)较宽，可见光响应差，只能吸收波长小于387nm的紫外光线使其激发产生光生电子-空穴对，无法充分利用太阳光，这样将大大地增加其应用成本，限制了其应用。因此，离子掺杂修饰TiO2拓展其对可见光的吸收，充分提高其光催化活性，已成为近年来关注的热点。
本文采用溶胶-凝胶法，以泡沫镍为载体，制备负载型Ce-N共掺杂TiO2光催化剂，并对其样品进行XRD、UV-Vis、SEM表征，以氙灯(λ>420nm)为光源，亚甲蓝为目标降解物，在光电催化降解反应装置内对其进行了光电催化降解反应的研究，探讨了影响降解速率的一些因素。同时，采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势(PWPP)方法，模拟计算了锐钛矿TiO2、Ce掺杂锐钛矿ZiO2、Ce-N共掺杂锐钛矿TiO2晶体结构、能隙、态密度，对掺Ce和Ce-N共掺杂TiO2的能带结构和可见光吸收机理进行讨论。主要结果如下：
(1)通过XRD、UV-Vis、SEM表征可知，制备的纳米TiO2粉体均为锐钛矿型。铈的掺入使衍射峰宽化；氮、铈共掺杂能抑制锐钛矿晶粒的生长，减少团聚，使晶粒细化，吸收带边在可见光进一步红移。
(2)本文采用正交设计方法，试验研究了3种因素对溶胶-凝胶法制备Ce-N共掺杂TiO2光催化活性的影响，确定了各因素所对应的最佳水平和影响主次，其影响主次依次为Ce离子的掺杂量(1％)、煅烧温度(700℃)、煅烧时间(3h)。在此条件下，利用亚甲蓝评价可见光下Ce-N共掺杂TiO2的光催化性能，结果表明外加电压15．0V、溶液-pH值8．0时可见光照射120min可以使其光电降解率达84．6％，远高于单掺杂和纯的TiO2降解率。
(3)由降解前后溶液的紫外-可见光谱扫描表明亚甲蓝结构得到了破坏，基本分解成小分子物质。光催化、光电催化反应的降解动力学可以用Langmuir-Hinshelwood模型描述，光催化、光电催化降解反应均符合一级反应动力学，线性关系较好。
(4)Ce掺杂、Ce-N共掺杂TiO2后，导致TiO2的禁带宽度不同程度的变窄、可见光吸收增强，从而提高了光催化活性。同时也为实验上，掺杂使TiO2的光催化活性增强提供了理论依据。