随着人类工业化水平的提高,世界人口的持续增长,有机物对环境所带来的污染越来越严重,环境问题已成为当今世界的主要问题之一。作为一种新型催化剂,纳米二氧化钛半导体材料因其优异的化学稳定性、在净化水和空气中高效的光催化活性以及相应较低的价格,成为当今不可或缺的研究热点。但是,其3.2 eV的禁带宽度和光催化过程中较低的光子效率,已成为其发展中难以逾越的瓶颈。本课题在此基础上应运而生,采用多种不同的有机物对其改性和修饰,扩展了二氧化钛对可见光的响应能力。本文第二章通过简单的冷凝回流法,分别以甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)和十八烷基异氰酸酯(0I)为表面改性剂,在甲苯作为溶剂的条件下,对二氧化钛进行表面改性,制得了具有高可见光催化活性的二氧化钛光催化剂。异氰酸酯通过异氰酸酯基-NCO-与二氧化钛表面羟基反应,在分子间形成具有-NHCO-稳定结构的表面配合物。紫外可见漫反射光谱显示键合形成的表面配合物具有良好的可见光光响应能力,配合物N原子和O原子中孤对电子受激跃迁至二氧化钛导带,使催化剂的吸收边带红移至800 nm,并分别在469 nm和597 nm出现特征吸收。红外光谱、XPS能谱和TGA热失重曲线证实异氰酸酯稳定键合在二氧化钛表面,在分别对甲基橙、2,4-二氯苯酚、苯酚和荧光素的可见光降解试验中,改性二氧化钛光催化活性远高于Ti02(P25)。同时,XRD证实改性不改变二氧化钛原有的晶型和结晶度,维持了二氧化钛(P25)的均一性和稳定性。在此基础上,本文还制备了十八烷基异氰酸酯和甲苯2,4-二异氰酸酯共改性的Ti02光催化剂。OI改性的催化剂具有超强的吸附能力,TDI改性的催化剂具有较好的催化活性,复合催化剂通过协同作用,大大提高了二氧化钛的应用前景。异氰酸酯改性的催化剂表现出了优良的光化学稳定性,重复使用4次后能够保持原有的光催化活性。随后,本文分别以甲苯和无水甲醇为溶剂,采用DDAT(十二烷基二甲基乙酸三硫代碳酸酯)为改性剂,通过溶胶-凝胶-水热法制备得到了具有竞争力的高可见光光催化活性二氧化钛光催化剂。DDAT含有具备聚合引发性能的特征基团,通过DDAT羧基与二氧化钛表面羟基反应,在Ti02表面形成具有双齿螯合结构基团(RCOO)Ti2的新型催化剂。表面螫合物受光激发产生光生电子,扩展催化剂的吸收边带,提高了Ti02的可见光活性。水热时间和水热温度对催化剂的活性影响较大,150℃下水热24 h制得的催化剂具有最好的催化活性。接下来,以邻苯二酚为改性剂,通过原位表面改性法在不同条件下制备了具有良好可见光光催化活性的新型二氧化钛光催化剂。并用XRD、UV-DRS. FT-IR、XPS、TGA、TEM和可见光光催化等方法对催化剂进行了表征和考察,新型催化剂通过邻苯二酚在钛酸四丁酯原位水解的过程中进行化学键合,在提高二氧化钛表面羟基利用率的同时,也增强了表面复合物的稳定性。本章同时参考相关文献,采用搅拌-回流法制备了邻苯二酚改性(P25)催化剂,与之相比,原位改性催化剂具有成倍提高的可见光活性。研究发现,邻苯二酚低浓度下是很好的改性剂和光敏化剂,但当浓度过高时,残留的有机物抑制纳米粒子对可见光的吸收损失催化剂的可见光活性；原位改性催化剂的活性随溶剂热时间延长至48 h,一直保持着随时间增加而提高的趋势,因为原位水解过程缓慢,同时表面复合物在溶剂热过程中键合更加牢固；催化剂颜色随溶剂热温度提高变化较大,当温度提高到150℃时,邻苯二酚碳化会导致催化剂瞬间失活,120℃下的催化剂具有更高的可见光活性；邻苯二酚原位改性催化剂具有均一的表面形貌。通过不同条件下的考察,当溶剂热温度120℃,溶剂热时间48 h,改性剂添加量为0.1 g(质量比为4%(m邻苯二酚/m二氧化钛))时,TiO2/Catechol催化剂具有最高的可见光活性。改性催化剂在A07的可见光降解中显示出了良好的光化学稳定性,重复使用3次后能够保持原有的光催化活性。最后,根据半导体复合能提高光生电子—空穴对的分离效果,从而提高光催化效率。本文第五章系统研究了在不同pH条件下原位氧化聚合合成聚苯胺(PANI),并将合成的PANI与二氧化钛进行复合,制备出具有良好可见光光催化活性的TiO2/PANI光催化剂,并通过XRD、UV-DRS、XPS、TEM、EDS、TOC和可见光光催化等方法对催化剂进行了表征和考察。在分别以2,4-二氯苯酚和A07为目标降解物的可见光光催化研究中,复合催化剂显示出了较好的分散性和矿化能力。采用不同pH值制备的聚苯胺与二氧化钛进行复合改性,当pH值控制在7.0左右时,样品具有更好的光催化活性,因为不同pH下的聚苯胺具有不同的结构和导电性能,当pH值为7.0时,聚苯胺具有复合化学形态和较好的导电性,有利于催化反应中电子和空穴的转移。通过在催化剂不同典型部位进行EDS表征,表明有机物以均一的方式分散在催化剂中。本章还利用PANI对TDI改性二氧化钛进行二次改性,二次改性后催化剂的分散性有较大提高。作为一种新型材料,二氧化钛受到越来越多人的重视和研究,本文通过一系列的有机物对二氧化钛进行改性,虽达到了一定的效果,提高了催化剂在可见光区的响应能力,也通过在表面形成复合物提高了其光子效率和降解速度,但科学知识是没有尽头的,为了真正实现二氧化钛在环境领域的广泛使用,仍需有进一步的努力探索和研究。