随着环境污染的日益加剧,对稳定性好且性能优良的光催化材料的需求越来越迫切。其中,TiO2因化学稳定性好、价格低廉、对人体无毒、氧化还原能力强等优点,在半导体光催化领域中得到了重点研究。但-方面,TiP2的禁带宽度较宽(3.2eV),使其只能吸收波长小于387nm的紫外光能量,对太阳光能的利用率很低；另一方面,光催化反应中产生的光生电子和空穴极易复合,大大降低了其量子转换效率,从而限制了实际应用。因此,窄化Ti02禁带宽度,拓宽其对可见光的响应范围,进而提高其光催化活性具有重要的学术和应用价值。近年来,国内外众多研究者通过染料光敏化、半导体复合、离子掺杂等方法对其进行改性,其中离子掺杂由于制备方法简单、改性效果良好等优点,在众多改性方法中得到了重点关注。此外,通过研究发现,稀土金属离子与非金属N离子共掺杂TiP2具有优异的光催化性能。本文在课题组前期理论计算的指导下,采用溶胶.凝胶法结合微波化学合成法制备了稀土铈(Ce)离子掺杂纳米TiO2(Ce-TiO2)光催化剂及Ce、N离子共掺杂纳米TiO2(Ce/N-TiO2)光催化剂,利用XRD、XPS、TEM、 Nanosizer纳米粒度仪对其结构、形貌及粒径分布进行表征分析,利用FT-IR、UV-Vis及PL对其光谱性能进行表征,并以亚甲基蓝(MB)和甲醛作为目标降解物,考察了普通日光灯下样品的光催化活性。本论文的主要研究内容和结果如下：Ce掺杂纳米TiO2(Ce-TiO2)光催化剂：以水为溶剂,Ce (NO3)3·6H2O作为Ce源,采用溶胶-凝胶法制备了Ce-TiO2光催化剂。选用L25(53)正交试验,主要研究热处理温度、Ce掺杂浓度及pH值对Ce-TiO2的晶型结构、光谱吸收和光催化性能的影响。实验以Ce-TiO2的光催化活性为依据,得出对Ce-TiO2光催化效果影响的实验因素由主到次依次为：热处理温度>Ce掺杂浓度>pH值。通过实验得出最佳的制备条件为：60℃水浴,pH=1.5,Ce:TiO2(摩尔比)=0.33%,600℃热处理4h。实验结果表明：Ce离子的掺入抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变和颗粒的长大,拓宽了其在可见光区的吸收范围,降低了光生电子和空穴的复合几率。相比纯TiO2,最佳条件下所制备的纳米Ce-TiO2光催化剂使TiO2的吸收带边发生了明显的红移,最大红移量约为50nm。月Ce-TiO2的荧光光谱强度明显低于纯TiO2。同时,Ce-TiO2在普通日光灯下对亚甲基蓝在8小时内的光催化降解效率达90.03%,明显高于同等条件下P25对业甲基蓝的降解率(68.15%)。二、Ce、N共掺杂纳米TiO2(Ce/N-TiO2)光催化剂：在采用溶胶-凝胶法制备Ce-TiO2的基础上,以尿素作为N源,结合微波化学合成法制备了Ce/N-TiO2光催化剂。主要研究热处理温度和Ce掺杂浓度对Ti02光催化性能的影响。实验所得的最佳制备条件为：Ce:TiO2(摩尔比)=0.25%,N掺杂量为10g,pH=1.5,微波反应压强为4.827×105Pa,600℃热处理4h。实验结果表明：Ce、N共掺杂能非常有效地抑制TiO2的相变,700℃条件下制备的共掺杂样品才开始出现少量的金红石相。Ce、N共掺杂明显抑制了TiO2晶粒的长大,扩宽了TiO2在可见光区的光谱吸收范围,降低了TiO2的荧光光谱强度。最佳条件下制备的Ce/N-TiO2样品在普通日光灯下有着优异的光催化性能,其对亚甲基蓝在6小时内的光催化降解效率达83.91%,明显高于同等条件下P25对甲基蓝的降解率(58.72%)。此外,Ce/N-TiO2光催化剂在普通日光灯下,10天对高浓度甲醛的降解率可达72.5%,这主要是由于Ce、N共掺杂对锐钛矿相TiO2具有稳定作用,有效抑制了光生电子和空穴的复合,增大了其对可见光的吸收范围,进而提高了其在可见光下对甲醛的降解效果。本文的创新点主要体现在以下几个方面：(1)本论文的实验研究是在课题组理论计算的指导下进行的,有效克服了目前实验研究中普遍存在的盲目性和重复性问题；(2)通过本论文的研究发现Ce单掺及Ce、N共掺杂均会向TiO2中引入可捕获光生电子的杂质能级,使其吸收带边拓展至可见光区,并能有效降低光生载流子的复合几率。(3)所制备的Ce-TiO2和Ce/N-TiO2样品在同等条件下,在可见光下的光催化活性均显著优于P25。