TiO₂的光催化性能自1972年发现以来,人们在光能化学转换、光催化降解有机物、光化学合成、界面的光诱导亲水、自清洁材料合成等方面开展了大量研究工作。由于TiO₂光催化氧化能够降解水体和空气中的绝大多数有机污染物,降解最终产物为H₂O、CO₂和无害盐类,产物清洁,被认为是一种极具前途的有机污染物高级氧化技术。目前以TiO₂半导体为基础的光催化技术还存在一些关键的科学和技术难题,其中关键问题之一是光生高能空穴易于和电子复合而失去活性,因此提高光生载流子的分离效率对促进半导体光催化降解有机污染物是至关重要的。此外,阴极反应采用的电极材料几乎都是铂电极,对采用其它材料的研究少见报道,特别是对其反应类型和规律及其与阳极反应的相互关系研究更少。基于以上问题的考虑,本论文研究了在光电协同催化的条件下,阳极和阴极的反应行为及其相互关系。论文分三部分: 第一部分以不同晶型二氧化钛光电催化降解有机物,结果表明:采用2种不同光电极催化降解苯胺时,锐钛型电极的活性明显大于金红石型的;而降解水杨酸时,2种电极的活性差别不显著;金红石型电极虽然具有较高的光电转换效率但其法拉第电流效率较低。 第二部分研究了以二氧化钛为光阳极,不同电极材料为阴极,在单、双室光电反应器中研究了光催化阴极产生过氧化氢和光电联合降解苯胺的规律。结果表明,增加外加偏压、光生电流和pH值都可增加过氧化氢的产生量,但受到电流密度大小控制,阴极金属离子(如Cu²⁺,Fe²⁺)的存在抑制H₂O₂的产生或减少其积累。阳极反应主要决定了阴极反应的过程和反应类型。阴极反应主要是通过光电流变化来影响阳极反应的,但不改变阳极的反应机理。因此,阳极反应是整个光电催化反应的控制步骤。此外,以石墨为阴极,锐钛型TiO₂电极为阳极时比金红石型电极在阴极产生H₂O₂的量要少,然而其阳极降解有机物的能力强。金红石型电极虽然在阴极产生的H₂O₂的量要比锐钛型电极的要多,然而H₂O₂氧化有机物的能力远小于阳极氧化的能力,故降解有机物的整体能力要比锐钛型电极弱。而采用Pt为阴极则不能高效地产生H₂O₂,阴极降解苯胺的电流效率也要小于石墨