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TiO2作为光催化剂,直接利用太阳能,既能够催化分解水生成氢气,又能够催化氧化去污,而且稳定、无毒、价廉,被称为最有前景的半导体光催化剂,因此TiO2的研究开发一直是光催化领域的热点。本论文采用淀粉、糖和油脂等天然生物质作为掺杂元素源,通过改进的溶胶-凝胶法制备出系列具有可见光响应的C、N、P等多元素共掺杂TiO2复合光催化剂。本论文成果可为TiO2改性策略提供有益方向,为生物质改性TiO2奠定理论和技术基础,拓展TiO2在光催化领域的实际应用。1.首先通过第一性原理,计算了C、N共掺杂TiO2的缺陷形成能和能带结构,并与实验研究结果进行了比较。C、N共掺时,C、N分别取代Ti、O掺杂形式的缺陷形成能低于C、N均取代O掺杂形式,C、N分别取代Ti、O更易实现;与纯锐钛矿相TiO2相比,C单掺、N单掺及C、N共掺均能减小TiO2的禁带宽度,但共掺体系比单掺体系的禁带宽度窄化程度更高。2.采用溶胶-凝胶法,通过茶油改性制备了TiO2复合光催化剂,优化了制备工艺。通过XRD、UV-Vis DRS、PL、FESEM、电化学分析、元素分析等手段对复合催化剂进行表征。结果表明样品中存在金红石相与锐钛矿相,并呈现蜂窝状的孔状结构;复合材料的光电流密度增大,光生载流子复合效率降低。在可见光照射下,反应2 h时,复合TiO2对亚甲基蓝降解效率可达92.6%。3.采用溶胶-凝胶法,通过可溶性淀粉改性,制备了C、N、P多种非金属元素共掺杂TiO2。通过多种表征手段对样品进行了分析。结果表明,改性后的复合催化剂比表面积增大,可见光吸收能力提高;复合催化剂制备的最佳工艺条件为:煅烧温度400℃,煅烧时间2 h,可溶性淀粉掺杂量6g;在可见光照射下,反应80 min时,复合TiO2对亚甲基蓝的降解效率即可达98%。4.采用溶胶-超声空化技术,通过脐橙提取液改性,制备了TiO2复合光催化剂,确定了最佳制备工艺。分析结果表明,该方案实现了C、N、P、Cl、K等多元素的共掺杂;复合催化剂的禁带宽度窄化了0.21 eV,表面羟基与活性位点增多,光生载流子复合几率降低,结晶度提高,比表面积增大;反应120 min时,复合TiO2对亚甲基蓝的降解效率达98%。5.采用溶胶-凝胶法,通过粳米浸出液改性,制备了TiO2复合光催化剂,优化了制备工艺。分析结果表明,复合催化剂实现了C、N、S、P、K等多元素的共掺杂,复合TiO2和纯TiO2的反应速率常数分别为0.4990 h-1和0.0305 h-1;复合TiO2的比表面积增大,结晶度升高,光生载流子复合率降低,吸收边带红移,禁带宽度窄化了0.09 eV。