作为聚合物驱油常用物质,难降解的聚丙烯酰胺在提高了原油采收率的同时造成了严重的环境危机。TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺以其过程清洁、降解彻底等优点受到了广泛关注。本文以TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺为对象,深入研究TiO₂光催化的晶面效应。利用密度泛函理论研究锐钛矿型TiO₂（101）晶面和（001）晶面性质及其与H2_O和O₂的相互作用。采用水热合成法分别制备了以（101）晶面和（001）晶面为主的锐钛矿型TiO₂光催化剂,并对催化剂进行了表征和降解效果测试。本论文主要内容分为以下三部分:第一部分为TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺活性物种辨别。本论文在TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺实验过程中分别进行了添加异丙醇（·OH俘获剂）不隔绝氧气（O₂·-的来源）、不添加异丙醇隔绝氧气和添加异丙醇并隔绝氧气三种条件设置。通过对比降解效果,得出·OH和O₂在TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺过程中起重要作用和聚丙烯酰胺不能被空穴直接氧化降解的结论,为TiO₂晶面效应理论计算确定了研究对象。第二部分为锐钛矿型TiO₂低指数晶面与H2_O和O₂相互作用的理论计算。基于密度泛函理论,系统研究了锐钛矿型TiO₂（101）晶面和（001）晶面的结构与性质,并讨论了TiO₂光催化降解聚丙烯酰胺活性物种·OH来源H2_O和O₂·-来源O₂分别与TiO₂（101）晶面和（001）晶面的相互作用。TiO₂（101）晶面和（001）晶面的禁带宽度分别为2.78eV和1.52eV,TiO₂（001）晶面的价带电子更容易跃迁至导带,形成光生电子-空穴对。H2_O在TiO₂（101）晶面上吸附能为-0.956 eV,小于在TiO₂（001）晶面-2.159 eV的吸附能。H2_O在TiO₂（101）晶面以分子吸附形式存在,而在TiO₂（001）晶面以解离吸附形式存在。通过H2_O解离反应热分析,H2_O在TiO₂（10 1）晶面上反应热为+0.550 eV,是吸热反应;而H2_O在TiO₂（001）晶面上解离反应热为-1.240eV,是放热反应。因此,H2_O在TiO₂（001）晶面比TiO₂（101）晶面易解离形成活性物种·OH。O₂在TiO₂（101）晶面上吸附能为-0.157 eV,小于在TiO₂（001）晶面-0.958 eV的吸附能;O₂在TiO₂（101）晶面和（001）晶面吸附均为分子吸附,没有发生解离。O₂吸附后,TiO₂（101）晶面和（001）晶面均出现了一条杂质能级,可降低光生电子直接跃迁至导带能垒,TiO₂（001）晶面的此杂质能级更靠近价带。通过Mulliken布局分析,O₂吸附后,TiO₂（101）晶面上电子从O₂向晶面转移,而TiO₂（001）晶面上电子从晶面向O₂转移。因此,O₂在TiO₂（001）晶面比TiO₂（101）晶面易形成活性物种O₂·-。第三部分为低指数晶面主导锐钛矿型TiO₂的制备及其光催化性能。通过水热合成法制备了（101）晶面和（001）晶面分别为主的两种锐钛矿型TiO₂,对制备样品进行了一系列表征。XRD和Raman分析表明两种样品均为锐钛矿型TiO₂。SEM和TEM分析表明:TiO₂-101样品为规则的纳米双锥体颗粒,尺寸大小均匀,约为50nm×30nm,确定为（101）晶面主导的锐钛型TiO₂;TiO₂-001样品形貌为纳米薄片,尺寸在100 nm×100 nm左右,确定为（001）晶面主导的锐钛矿型TiO₂。聚丙烯酰胺降解和COD测定结果表明,（001）晶面为主的锐钛矿型TiO₂比（101）晶面为主的锐钛矿型TiO₂对聚丙烯酰胺光催化效果优异,验证了理论计算TiO₂（001）晶面具有高催化活性的结论。