本论文是以钛酸丁酯为原料,通过溶胶-凝胶法对纳米Ti O2进行掺杂复合改性,并通过水热处理成功合成一维纳米Tb/电气石/Ti O2复合材料。所以本课题不仅通过掺杂复合改性,还通过改变其形貌增加比表面积,来提高纳米Ti O2的光催化性能。文中系统的研究了煅烧温度、稀土Tb掺杂量、电气石复合量对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/电气石/Ti O2复合颗粒的晶型、形貌及光催化性能的影响。同时考察了水热反应温度、反应时间、碱溶液浓度、煅烧温度、稀土Tb掺量和电气石含量等因素对水热处理合成的一维纳米Tb/电气石/Ti O2复合材料形貌及光催化性能的影响,并对一维Tb/电气石/Ti O2纳米线、纳米管、纳米带的水热生长机理分别进行探讨;同时分别对电气石、稀土提高Ti O2光催化活性影响机理进行研究,得出稀土Tb最佳掺杂量和电气石的最佳复合量。结果表明:(1)通过对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/电气石/Ti O2复合颗粒工艺的研究:当煅烧温度为500℃时,纯纳米Ti O2降解率最优为50.2%,纳米Tb/Ti O2复合颗粒降解率最优为75.1%,纳米Tb/电气石/Ti O2复合颗粒降解率最优为85.3%,此时稀土掺杂量为0.50%,电气石复合量为0.5wt%,晶粒尺寸为8.9nm。(2)煅烧温度、稀土Tb掺杂及电气石复合对纳米Ti O2颗粒的光催化性能影响如下:当煅烧温度为500℃时,纳米Tb/Ti O2复合颗粒和纳米Tb/电气石/Ti O2复合颗粒均为纯锐钛矿相,随着煅烧温度的升高,比表面积降低,锐钛矿相向金红石相转变;稀土Tb的掺杂延迟晶型转变,提高Ti O2的热稳定性,此外还能抑制Ti O2晶粒的生长;电气石复合并未破坏纳米Ti O2锐钛矿晶型结构。结果说明合适的煅烧温度,适量稀土和电气石的协同作用能有效的提高纳米Ti O2光催化性能。(3)通过对水热法处理纳米Tb/电气石/Ti O2复合颗粒的工艺研究表明:水热反应时间为24h,碱溶液浓度为10mol/L,当水热温度控制在140℃,可得到结构完整,管径为5.3nm的Tb/电气石/Ti O2纳米管;当水热温度控制在180℃,可得到直径约为10nm左右,长径比较长的Tb/电气石/Ti O2纳米线;当水热温度控制在200℃,可得到宽厚比大于10,直径大约为400nm,厚度为150nm左右表面光滑的Tb/电气石/Ti O2纳米带。(4)水热温度、Na OH碱溶液浓度、水热时间、煅烧温度、稀土Tb掺杂及电气石复合对一维纳米Ti O2复合材料形貌的影响如下:随着水热温度提高,产物由纳米管到纳米线再到纳米带;随着Na OH浓度的升高,水热产物的维度降低,总体生长趋势是向多维空间的;随着反应时间进行,产物趋于向稳定的形貌状态生长;随着煅烧温度的升高,高温会破坏一维结构,变成较大的团聚颗粒状;稀土铽和电气石的添加量对一维纳米Ti O2的形貌影响很小。(5)水热处理、煅烧温度、稀土Tb掺杂及电气石复合对一维纳米Ti O2复合材料光催化性能的影响如下:水热处理对纳米Ti O2的晶型有一定的影响,水热处理后纯金红石相纳米Ti O2转为锐钛相纳米Ti O2,且一维纳米材料具有更大的孔体积和比表面积,对目标降解物的吸附能力大大提高;过高的煅烧温度会破坏一维结构,降低光催化活性;电气石复合与稀土Tb的掺杂协同能延迟晶型转变,抑制Ti O2晶粒的生长,增大比表面积,吸收光谱的阈值波长发生红移。(6)溶胶-凝胶法制备的复合颗粒与水热处理制得的一维复合材料进行对比如下:经过水热处理制得的一维复合材料XRD特征峰很大程度的增高,表明水热处理结晶质量不断提高,Ti O2晶面厚度在不断生长。两种方法制备的复合粉末中,铽离子掺杂和电气石复合均提高了其光催化性能,电气石具有永久电极性,能减少空穴电子对的复合,电气石与Ti O2之间Si-O键的键合作用增强了这种协同作用,同时电气石与稀土的协同作用可以有效提高复合材料的光催化性能。(7)无论是铽离子的掺杂还是电气石的复合均有一个最佳值,结论如下:铽离子掺杂量为0.50%时降解率最佳,过多的稀土掺杂可能并未结合成键,只是简单的浸渍复合,所以随着稀土含量增多,降解率反而下降;电气石复合量为0.5wt%时降解率最佳,电气石本身没有光催化性能,随着电气石含量的增多,电气石与Ti O2的化学键结合并未增多,没有增强协同作用,反而覆盖在Ti O2表面的电气石增多,阻碍了Ti O2的光催化反应,使其光催化降解率降低。