目录
第一章绪论 (1)
1.1 光催化机理与影响光催化效率的因素 (1)
1.1.1 光催化机理 (1)
1.1.2 影响光催化效率的常见因素 (2)
1.2 溶剂热/水热方法制备纳米材料的原理和相关研究进展 (3)
1.2.1 水热法制备原理简介 (3)
1.2.2 水热法制备半导体氧化物的相关研究 (3)
1.2.3 超临界流体技术原理简介 (4)
1.2.4 超临界流体技术在制备金属氧化物纳米材料方面的研究进展 (5)
1.3 金属氧化物半导体光催化剂的应用 (6)
1.3.1 废水处理 (6)
1.3.2 空气净化 (7)
1.3.3 抗菌杀菌 (7)
1.3.4 防雾、自清洁 (7)
1.3.5 光催化合成 (8)
1.4 本文的主要研究内容和创新点 (8)
第二章超临界流体技术辅助合成TiO2纳米材料 (10)
2.1 前言 (10)
2.2 实验部分 (10)
2.2.1 试剂和仪器 (10)
2.2.2 实验方法 (11)
2.2.3 表征测试手段 (12)
2.3 结果与讨论 (13)
2.3.1 晶型分析 (13)
2.3.2 形貌分析 (15)
2.3.3 机理分析 (16)
2.3.4 光催化性能 (17)
2.4 小结 (18)
第三章超临界-后热处理相结合合成多级结构ZnO纳米材料 (20)
3.1 前言 (20)
3.2 实验部分 (21)
VI
3.2.1 设备 (21)
3.2.2 试剂和仪器 (21)
3.2.3 制备方法 (22)
3.2.4 表征测试手段 (22)
3.3 结果与讨论 (24)
3.3.1 试剂和仪器 (24)
3.3.2 形貌分析 (26)
3.3.3 热分析 (28)
3.3.4 孔结构分析 (29)
3.3.5 机理分析 (31)
3.3.6 光催化活性 (33)
3.3.7 粉体抗菌性能 (34)
3.3.8 多级结构氧化锌纳米材料改性聚丙烯塑料的抗菌性能 (34)
3.4 小结 (35)
第四章水热制备SiO2/TiO2复合纳米材料及其应用 (37)
4.1 前言 (37)
4.2 实验部分 (38)
4.2.1 实验试剂 (38)
4.2.2 水热制备SiO2微球及涂层 (38)
4.2.3 水热-后热处理结合制备SiO2/TiO2复合纳米材料 (39)
4.2.4 表征测试手段 (39)
4.3 SiO2微球的表征结果与讨论 (41)
4.3.1 XRD表征 (41)
4.3.2 形貌表征 (42)
4.3.3 BET分析 (43)
4.3.4 涂层的紫外可见及红外光谱分析 (44)
4.3.5 涂层的疏水性能 (45)
4.3.6 涂层的表面、断面形貌和AFM形貌 (46)
4.4 SiO2/TiO2复合纳米微球的结果与讨论 (48)
4.4.1 形貌分析 (48)
4.4.2 涂层的光催化性能 (49)
4.4.3 涂层的UV-vis透过性分析 (50)
VII
4.4.4 涂层表面润湿性 (51)
4.5 总结 (51)
第五章草酸辅助水热合成锐钛矿/钨华复合纳米光催化剂 (53)
5.1 前言 (53)
5.2 实验部分 (53)
5.2.1 实验原料 (53)
5.2.2 实验方法 (54)
5.2.3 表征测试手段 (54)
5.3 结果与讨论 (55)
5.3.1 晶型分析 (55)
5.3.2 形貌分析 (58)
5.3.3 光催化性能分析 (61)
5.3.4 机理分析 (63)
5.4 本章小结 (65)
第六章结束语 (66)
6.1 主要工作与创新点 (66)
6.2 后续研究工作 (67)
参考文献 (69)
致谢 (80)
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (81)
VIII
第一章绪论
自1972年TiO2催化光解水的现象被发现以来[1]，半导体金属氧化物纳米光催化剂就成为了世界研究的热点。常用的金属氧化物光催化剂如TiO2、ZnO、WO3等具生物相容性好、低毒、化学稳定性好、易于重复利用等诸多优点，在光催化、水处理等方面得到了广泛应用[2]。
然而，半导体光催化剂在实际应用中仍存在一些缺陷和不足，主要体现在以下三点：1、光催化剂的带隙较宽, 只能吸收占太阳光能量5%左右的紫外光，对太阳光的利用率低；2、光生电子与空穴易复合，导致光催化效率低；3、半导体光催化剂往往用途单一，同时不具备良好的稳定性，易失活，从而极大地限制了其应用范围。
为解决上述问题，各国研究者对金属氧化物光催化剂进行了多方面的研究尝试：促进电荷分离，抑制载流子复合，改变产物的选择性或产率[3]；拓宽光波吸收范围[4]，提高光量子效率及对太阳光的利用率[5, 6]；提高光催化材料的化学及热稳定性[7]等。
目前，研究人员采用了多种方法来改善半导体光催化剂的性能，主要的途径有：（1）表面包覆或复合半导体[8]，以期通过半导体纳米材料间的协同效应加以提高光催化性能（2）形貌设计，通过设计合成特定的纳米形貌[9]，以期获得良好的光催化效率。
1.1光催化机理与影响光催化效率的因素
1.1.1光催化机理
光催化是以N型半导体作敏化剂的一种光敏氧化法，是以N型半导体能带理论为基础的。下面以应用最广的光催化剂TiO2为例进行详细解释。
TiO2带隙宽度为3.2 eV，因此只能被波长小于387.5 nm的光所激发。当光照射到TiO2上时，价带电子激发跃迁到导带，价带上则产生空穴，即在光照下，光催化剂会产生光生电子-空穴对。随后，光生电子与空穴在内电场作用下迁移；在光催化剂表面光生电子和空穴与反应物（如H2O、O2）产生反应，生成?OH等具有很强氧化性的自由基。自由基与有机污染物发生氧化反应，将有机污染物完全降解为CO2和H2O等无机小分子[10]。如图1-1所示。
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