近年来,空气污染日趋严重,所带来的危害也日益显现。空气污染物中的挥发性有机化合物(VOCs)具有毒性和刺激性,严重危害人体健康。寻找、开发合适的技术对VOCs进行治理受到人们高度关注。光催化降解VOCs由于具有反应条件温和、副产物少等优点而被认为是最具应用前景的空气净化技术之一。本论文从探讨光催化降解VOCs的反应机理及优化光催化剂的光催化活性这两个科学问题出发,以气相甲苯为研究对象,锐钛矿TiO2为基础光催化剂,利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)技术,对甲苯在TiO2上的吸附、酸/碱气氛修饰对TiO2吸附和光催化性能的影响等进行了研究。论文分为四个部分(四章)：第一章是绪论,主要介绍了相关背景知识及国内外相关工作的研究进展。首先,介绍了VOCs的来源及危害,以及一些常见的治理VOCs污染的方法；其次,从光催化原理、光催化的应用和TiO2光催化三方面对光催化技术进行了概述；再次,综述了光催化降解VOCs的研究进展以及原位红外光谱在光催化降解甲苯上的应用；最后,给出了本论文的研究内容及意义。第二章是TiO2光催化降解甲苯的原位远红外光谱研究。在本章工作中我们搭建了原位红外光谱研究装置,并利用该装置对甲苯在TiO2表面的吸附及光催化降解过程进行了研究。通过对比实验和理论计算,对甲苯在TiO2表面吸附的远红外特征峰进行了判定,发现甲苯是以邻位、间位、对位这三种可能的构型通过OH...π弱键吸附在TiO2表面的羟基基团上,而非本位吸附。羟基基团是TiO2表面最主要的活性吸附位。在甲苯的光催化降解过程中,由于芳环的共轭及电荷转移的作用,甲基最先被消耗。我们根据这些结果提出了甲苯的光催化降解的反应路径。第三章是酸/碱气氛修饰对TiO2光催化降解甲苯的作用机理研究。使用钛酸四丁酯作为前驱体,利用溶胶凝胶法制备了TiO2,并分别用H2S和NH3对TiO2进行气氛处理获得了酸/碱气氛修饰的TiO2。利用XRD、BET、UV-vis DRS、XPS等测试手段对所制备的光催化剂进行了物性表征,利用搭建的气相光催化的原位DRIFTS研究装置和光催化活性评价装置,对气相甲苯在H2S/NH3修饰的TiO2表面的吸附及降解过程进行了研究。发现吸附在TiO2表面的H2S分子解离产生的SH基团是甲苯的活性吸附位之一,甲苯可通过SH…π弱键吸附在SH基团上,并且相对于OH基团,甲苯更易于吸附在SH基团上,因此H2S修饰增强了TiO2吸附甲苯的能力。在甲苯降解的初始阶段,表面SO42-可以保护表面羟基且易于捕获光生电子,降低了光生电子和空穴的复合几率,因而表现出较高的降解甲苯的速率。但是H2S修饰的TiO2在光照下产生的O2-·自由基较少,导致了甲苯光催化降解过程中生成的中间产物只有小部分被进一步氧化,大多则累积在光催化剂表面；并且S氧化生成的过多的SO42-不利于光催化剂表面的再羟基化,因而最终的光催化活性不高。而NH3修饰的TiO2表面的NH3由于大量水分子的存在而不易发生解离,只能以分子形式吸附在Ti4+或表面羟基上,其空间位阻效应阻碍了甲苯的吸附,因而NH3修饰的TiO2吸附甲苯的能力较差。但由于NH3修饰的TiO2表面大量的水分子及羟基基团捕获光生空穴产生了较多的OH·自由基,此外产生的O2-·由基也较多,从而表现出了较高的光催化活性。第四章对本论文所研究的工作进行了总结,并对可在本论文工作基础上继续开展的研究进行了展望。