随着工业的发展和化石能源的燃烧,大量VOCs（挥发性有机化合物）被排放进了大气中,VOCs的存在对环境和人们的健康都有很大的危害。在众多消除VOCs的方法中,光催化技术一直备受关注,这是由于其具有深度矿化净化、直接利用太阳光和环境友好等特点。因此,VOCs在大气中的存在已经激起了众多关于高效光催化剂的研究和开发工作。在众多光催化剂中,TiO₂由于具有价格低廉、无毒、含量丰富和稳定好等优点,是一种消除VOCs的理想光催化剂。然而,TiO₂尽管具有这么多的优点,但当将它用于气相光催化的时候,仍然会存在很多的问题。一方面,TiO₂对VOCs的降解效率不够高,这主要是由于其光吸收范围窄、光生电子空穴对复合快和较差的吸附性能。另一方面,TiO₂降解VOCs的一些光催化过程和机理尚不清楚,例如活性自由基的作用、光热效应和气相分子吸附对光催化的影响。因此,有必要合成高效的TiO₂光催化剂并研究其光催化降解VOCs的过程和机理。此外,乙醛和邻二甲苯作为两种典型的挥发性有机化合物,广泛存在于我们的生活环境中。基于上述考虑,我们设计合成了高效的TiO₂基光催化剂并研究了其光催化降解乙醛和邻二甲苯的过程和机理。本论文具体研究工作包括:1.等离子体增强Ag@TiO₂对气相乙醛的高效光催化降解利用简单的一步水热法合成了具有优异光催化性能的Ag@TiO₂复合物。一维Ag@TiO₂核壳结构的形成不仅可以通过银纳米线的等离子共振效应使得光吸收增加还能使得光生电子空穴对得到有效的分离。在260 W荧光灯照射下,在很短的接触时间内（4.8 min）,银纳米线含量为0.5wt%的复合样品光催化性能最优（72%）,远高于纯TiO₂（37%）。在长达15周的使用过程中催化剂活性保持稳定,表明其在空气净化领域具有实际应用前景。基于电子自旋共振和捕获实验提出了乙醛的降解机理,也即超氧自由基在乙醛光催化降解过程中起主要作用。Ag@TiO₂复合物优异光催化性能的实现和光催化机理的深入理解能给我们提供一些关于TiO₂基催化剂设计和优化的新见解。2.Ta S₂/TiO₂的合成及其对气相乙醛的光催化降解研究首次合成了Ta S₂/P25（P25:商业TiO₂）复合物来探究Ta S₂的引入对气相乙醛光催化降解的影响。结果表明Ta S₂主要带来两个优点,一方面,Ta S₂/P25复合物的吸附性能大大提高（234.4 m L）,是P25的3倍（76.4 m L）;另一方面,Ta S₂/P25复合物的电子空穴分离效率提高,其最大光电流密度为15.5mA/cm²,几乎是P25的4倍（4.2mA/cm²）。以上两点优势使得Ta S₂/P25光催化性能优异,其对气相乙醛最优去除效率为98%,是P25的2倍（48%）。循环试验表明Ta S₂/P25在6次使用之后仍能保持高效,而电子自旋共振和活性自由基淬灭实验则表明在气相乙醛降解过程中超氧自由基为决定性物种。简言之,此研究不仅开创了Ta S₂在光催化领域应用的先河还证明了Ta S₂在气相光催化应用中是一种优异的助催化剂。3.RGO/P25的光热转换及其对气相乙醛的光催化降解研究本研究合成了RGOP（氧化还原石墨烯/P25复合物）来探索光催化过程中增加的光吸收和光热转换的作用。结果表明与P25相比,尽管RGOP的光吸收范围和强度增加,但其实际的有效光利用却是下降的。在有效光利用、电荷传输阻力和亲水性的协同作用下,RGOP生成了更少的超氧自由基但却生成了更多的羟基自由基。捕获实验结果表明超氧自由基为光催化过程的主导自由基,而羟基自由基起次要作用。因此,与P25相比,RGOP活性自由基的变化不利于光催化性能的提升,然而由于其具有优异的吸附性能,在综合作用下,RGOP具有最好的光催化性能。简言之,RGOP优异的光催化性能来源于其强的吸附能力而与活性自由基无关（·O₂^-,·OH）。4.乙醛和邻二甲苯吸附对TiO₂能带及自由基生成的影响本研究首次揭示了两种典型VOCs吸附是如何影响P型金红石相TiO₂的能带弯曲程度,进而影响活性自由基的生成,这提供了关于深入理解异相反应的新见解。吸附构型的理论计算和Zeta电位测试共同表明邻二甲苯吸附在TiO₂表面时表现为受体分子,电子倾向于从TiO₂流向邻二甲苯分子;相反地,乙醛则为给体分子。TiO₂与气相分子（邻二甲苯和乙醛）之间不同的电荷转移情况导致了不同的能带弯曲程度。邻二甲苯吸附使得TiO₂本就向下弯曲的能带的弯曲程度减轻,而乙醛吸附则加深了这种弯曲程度。能带结构的改变对电子和空穴达到TiO₂表面的概率有所影响,从而对活性自由基的生成产生影响。测试表明邻二甲苯吸附使得羟基自由基增多,而乙醛吸附则会生成更少的羟基自由基。结果便是羟基自由基在邻二甲苯降解过程中起主导作用,而乙醛的光催化降解则由超氧自由基主导。