TiO2因其具有高光催化活性、化学稳定性,且清洁无毒、无二次污染而成为解决环境污染的新型实用节能环保材料。但是,作为宽禁带半导体的TiO2(禁带宽度为3.2eV),存在两个显著的问题。其一是对太阳光的利用停留在387nm以下占阳光的5%的紫外光区域,对太阳能的利用率低。其二是光生载流子寿命短,影响TiO2光催化性能。其中认为最有实际意义的研究方法之一是离子掺杂。本文在课题组理论计算的指导下,利用溶胶-凝胶法与水热合成法相结合合成La、S分别单掺杂TiO2材料及La、 Ce分别和S共掺杂TiO2材料。采用XRD、纳米粒度分析仪、UV-Vis、 PL等方法对所得粉体材料表征和分析,并将亚甲基蓝(MB)作为参考降解物,研究了可见光下材料的光降解性能,以获得在可见光激发下具有优良光催化性能的改性TiO2光催化剂。本论文的主要研究内容和方向如下：一、La掺杂纳米TiO2光催化剂利用溶胶-凝胶法,将前驱体Ti(OC4H9)4溶解于加入自制水解抑制剂的离子水溶剂中获得TiO2溶胶,再掺入La源La(NO3)3·6H2O,获得La-TiO2.根据正交实验设计方法L16(42)对材料掺杂元素的掺杂浓度、热处理温度等工艺条件进行优化。研究结果表明：根据正交实验结果分析确定最优工艺条件是60℃水浴环境,La的掺杂量与Ti元素关系为La:Ti=1：200(摩尔比),600℃高温烧结5h。可将TiO2光吸收范围拓展到430nm,带隙减少到2.8eV,有效提高光生载流子量子效率,相应的TiO2的光催化活性也得到有效提高；稀土元素La掺杂将TiO2的相变温度降低到500℃。二、S掺杂纳米TiO2光催化剂利用溶胶-凝胶法,将前驱体Ti(OC4H9)4溶解于加入自制水解抑制剂的离子水溶剂中获得Ti02溶胶,结合水热合成法掺入S源硫脲,获得S-TiO2材料。根据正交实验设计方法L16(42)对材料掺杂元素的掺杂浓度、热处理温度等工艺条件进行优化。研究结果表明：根据正交实验结果分析确定最优工艺条件是60℃水浴环境,S的掺杂量与Ti元素关系为S：Ti=1：40(摩尔比),400℃高温烧结5h。可将TiO2光吸收范围拓展到410nm,带隙减少到2.9eV,有效提高光生载流子量子效率,相应的TiO2的光催化活性也得到有效提高；三、La、Ce分别与S共掺杂TiO2光催化剂利用溶胶-凝胶法,将前驱体Ti(OC4H9)4溶解于加入自制水解抑制剂的离子水溶剂中获得TiO2溶胶,再分别掺入La源La(NO3)3·6H2O, Ce源Ce(NO3)2·6H2O,结合水热合成法掺入S源硫脲,获得La-S-TiO2材料以及Ce-S-TiO2材料。根据正交实验设计方法L16(42)对材料掺杂元素的掺杂浓度、热处理温度等工艺条件进行优化。研究结果表明：根据正交实验结果分析确定最优工艺条件是60℃水浴环境,La的掺杂量与Ti元素关系为La: Ti=1：200(摩尔比),Ce的掺杂量与Ti元素关系为Ce：Ti=1：300(摩尔比),S的掺杂量与Ti元素关系为S：Ti=1：40(摩尔比),600℃高温烧结5h。结果表明：两种不同的稀土元素La, Ce分别与废金属元素S共掺,均抑制TiO2材料的相变,同时样品对可见光的吸收范围变大,促进光生载流子的捕获,光量子效率得到一定的提高,加强了材料的光降解能力。本文的创新点如下：1、本文在课题组理论计算结果的指导下,选择易与金属离子反应的硫(S)元素作为掺杂的非金属离子,在TiO2中引入与其轨道重叠的稀土元素镧(La)(5d)和铈(Ce)(4f和5d轨道)分别与Ti的3d轨道和O的2p轨道重叠,使其导带或价带宽化,在氧化条件下制备掺杂的TiO2,以期通过金属和非金属元素间形成间隙化合物,二者相互补偿,窄化带隙,用以促进电子的传递,减少光生载流子复合中心,提高光生电子-空穴的复合。2、得到了具有高降解性能的La-TiO2白色粉体样品,实验5h时对MB的光降解效率能够达到96.6%。采用溶胶凝胶法结合水热合成法合成的S-TiO2、 La-S-TiO2以及Ce-S-TiO2粉体也都具有较高的催化降解性能,5h对MB的降解率可分别达91.02%、84.53%以及88.36%。