兴起于上世纪七十年代光催化技术,经过三、四十年的发展,基础理论逐步发展完善,半导体材料的光催化效果也逐步提高,有望解决当今社会人类面临的两大世界性难题——环境污染以及能源危机。二氧化钛是光催化技术中最常见的半导体材料,以其出色的光催化性能获得了研究人员的青睐。经过这么多年的发展,研究人员在二氧化钛形貌结构和光催化改性方面均做了很多研究。最近几年逐渐兴起了一种制备黑色二氧化钛的方法。这种方法制备的黑色二氧化钛,不仅能够有效的促使电子(e-)与空穴(h+)的有效分离程度,显著的增强了光催化对污染物的分解效果;而且可以明显使二氧化钛光触媒的禁带宽度变窄。禁带宽度变小后的二氧化钛对光的响应由紫外光范围逐渐向可见光范围移动,从而对太阳光的吸收达到了 85%,继而明显提高二氧化钛催化材料对于可见光的响应程度。同时解决了二氧化钛只能对紫外光做出响应的问题,改善了电子(e-)与空穴(h+)的复合率的情况。这类方法制备的黑色二氧化钛材料广泛应用于太阳能发电,光解水制氢,超级电容器和污染物的降解以及医学研究。本课题研究,探究了一种相对温和的有色二氧化钛的生产方法。本方法使反应温度由原来制备方法的800℃降到本实验的反应温度为250℃-350℃。因而这种方法具有明显的节能效果,而且反应时间由原来的几天缩短到几小时,明显缩短了反应的时间。我们利用工业P25作为制备有色二氧化钛的原始材料,通过控制不同的硼氢化钠加入量、控制还原时间以及还原反应的温度,制备了不同颜色梯度(蓝色-灰色-灰黑色-黑色)的有色二氧化钛。通过透射电子显微镜表征,我们发现本课题实验制备的有色二氧化钛具有特殊的核壳结构(Ti02/Ti02-x),内部是规则的二氧化钛晶体结构,外部是无定型的外壳。研究表明控制的反应条件不同,有色二氧化钛无定型外壳的厚度不同,二氧化钛呈现的外观颜色也不一样,通过对比其它表征我们发现相应的外壳中的氧空位(Ti3+)浓度也会不同。因为氧空位(Ti3+)的浓度对光催化反应有不同的影响,因而材料表现出了不同的光催化效果。通过对材料的光催化效果比较,我们发现还原温度、二氧化钛和硼氢化钠的量以及还原温度对制备的有色二氧化钛光催化效率有明显的影响。我们发现,当还原温度是250℃氢化钠的质量比为4: 1.5、还原时间为1小时时,制备的蓝色二氧化钛的催化效果最佳,达到了 90%左右。因为有色二氧化钛外壳是无定型的结构,而且具有氧空位,因而相较于具有一定晶型结构的传统二氧化钛更易于实现掺杂非金属元素。进而我们又通过“一步法”和“两步法”分别实现了有色二氧化钛的氮元素掺杂,使二氧化钛由原来的Ti-O-Ti键变为部分含有Ti-N-Ti键,并且对甲苯(Toluene)进行了光催化处理。处理结果表明这种掺杂氮元素的光触媒具备很好的光催化能力。