近年来发展起来的光催化技术可利用太阳光能对水和空气中的多种污染物进行降解,这符合可持续发展的长远需要,具有诱人的发展前景。与众多半导体光催化剂相比,二氧化钛(TiO2)因其光催化活性高、无毒、价廉、稳定性好而引起人们的广泛关注。目前,对TiO2光催化剂的研究主要用于杀菌消毒、污水处理、净化空气以及贵重金属的回收等方面。但是TiO2的带隙较宽(3.2eV),能利用的太阳能仅占太阳能总量的大约3%。为了提高TiO2光催化剂的活性,混晶效应和过渡金属离子掺杂是两种重要的手段。本文以钛酸四正丁酯(TNB)为原料,采用回流脱水和超声辐射两种方法合成了掺铜离子的混晶型TiO2纳米粒子。同时运用热重/差热(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面吸附(BET)、红外(IR)等多种测试手段对Cu2+ /TiO2光催化剂的晶型、粒子形貌、比表面积进行了表征。TG/DTA和XRD分析的结果表明未经高温处理的Cu2+/TiO2粉体是锐钛矿和板钛矿的混和晶型。从TEM照片来看,两种方法所合成的纳米晶粒的粒径分别为10～20 nm和5～15nm,粒子分散性较好,呈球形,粒度分布均匀。BET测定结果说明两种方法所制备的粉体都有较大的比表面积,分别为120. 8355m2/g和117.1479 m2/g。在不同的反应条件下,以甲基橙水溶液作为模拟污染物,对Cu2+ / TiO2的光催化性能进行了研究。结果表明pH值、H2O2浓度、光照条件、TiO2用量、TiO2晶型、掺杂金属离子等对光催化活性都有影响。实验中观察到太阳光照射下甲基橙的光催化降解率远远高于以高压汞灯为光源的情况;在太阳光强度更强时,5min内甲基橙的光催化降解率可高达90%。这大大扩展了可见光的响应范围,提高了太阳光的利用率。pH值对光催化降解过程的影响比较复杂,关键在于溶液的pH值直接影响了催化剂表面所带电荷的性质,污染物的存在形态以及在催化剂表面的吸附行为。在pH值为3～5的范围内,不论在何种光源照射下,甲基橙均能得到较高的降解率。<WP=4>目前利用H2O2对TiO2改性的研究报道较少。本文通过引入H2O2,一方面解决了甲基橙在TiO2催化剂表面的强吸附,释放了活性位;另一方面作为比O2更强的电子捕获剂提高了光催化剂的活性。此外,本文对混晶效应和过渡金属离子掺杂的影响也作了较详细的探讨,提出了两个值得进一步深究的问题:板钛矿型TiO2的光催化活性以及Ti4+的掺杂。最后,在查阅资料的基础上结合实验结果,提出了两种不同的光催化降解机理:紫外光照射下Cu2+参与的短路循环加速了光生电子和空穴的复合,降低了光催化剂的活性;可见光照射下Cu2+ 起着电荷传递中继站的作用,促进了注入电子向H2O2的转移,提高了光催化剂的活性。