光催化在脱除室内空气污染物(如甲醛、CO)方面具有很好的应用前景。TiO2是目前研究和应用最广泛的光催化剂,具有光催化活性高、化学性质稳定、无毒等优点。通常认为,锐钛矿相TiO2具有最高的光催化活性,而无定形TiO2基本没有光催化活性。本文基于钛酸四异丙酯(TTIP)的气相水解反应,通过化学气相沉积(CVD)在大气压和低温下制得了高活性的羟基化无定形Ti02(AmT)紫外光催化剂,并对其光催化氧化甲醛的反应机理与表观动力学进行了研究。然后,通过等离子体低温活化新技术,获得了高活性的AmT负载的纳米Au可见光催化剂(Au/AmT),并探讨了其等离子体活化作用机制及其可见光催化氧化CO的反应机理。主要研究内容和结果如下:1.采用大气压CVD技术,通过TTIP的气相水解反应,在低温下制得了具有良好均匀性的AmT薄膜,其表面含有大量羟基。UV-Vis谱图显示AmT样品具有很高的紫外吸光度,禁带宽度约为3.4 eV。分别在玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基片上制得的AmT薄膜,在254 nm紫外辐照下均具有高的光催化氧化甲醛活性,二者活性基本一致。AmT薄膜经不同温度焙烧后,其光致发光(PL)光谱对比表明,AmT中表面羟基显著抑制了光生载流子在AmT表面缺陷态的复合,延长了光生载流子寿命,从而使AmT具有较高的光催化活性。2.通过原位FTIR表征研究了甲醛在羟基化AmT薄膜表面的吸附和光催化氧化机理。实验结果显示,甲醛在AmT薄膜表面吸附后迅速转化为二氧亚甲基(DOM)。在254 nm紫外光辐照下,DOM被氧化为甲酸盐,生成的甲酸盐会进一步被氧化为碳酸盐,碳酸盐分解并释放出CO2。通过对比干气和湿气条件下的反应过程,揭示了水的贡献:湿气中水的存在,加快了DOM氧化为甲酸盐、甲酸盐氧化为碳酸盐以及碳酸盐分解的反应过程。3.对羟基化AmT薄膜光催化氧化甲醛进行了表观动力学研究,发现该反应为0.3级反应,反应速率受甲醛浓度影响较小。反应速率常数在两个湿度区间内具有不同变化规律:当水汽浓度小于0.4%时,反应速率保持在最高值不变;当水汽浓度大于0.4%时,反应速率随湿度增大而线性降低。在实验光强范围内,反应速率与光强成正比,表观量子产率在整个光强范围内均高达60%左右。通过对不同光强和湿度下反应速率常数进行拟合,进一步得到了 AmT薄膜光催化氧化甲醛关于光强和湿度的表观动力学方程。在常见的室内污染空气甲醛浓度范围(0.1～1 mg·m-3),AmT薄膜光催化氧化甲醛反应速率高达锐钛矿相薄膜的几十至几百倍。4.通过浸渍-氨洗法与等离子体活化相结合,得到了具有可见光活性的Au/AmT光催化剂。由于羟基的存在,制得的Au/AmT表面存在残留氨,进而研究了残留氨在不同气氛等离子体中的变化及其对光催化活性的影响。氢等离子体活化的样品,其Au0含量、可见光吸收和光生载流子寿命均大幅提高,同时残留氨略有减少,样品具有较高的可见光催化氧化CO活性,CO的转化频率(TOF)约0.3 mmol·mg-1·h-1。氧等离子体活化使Au0含量略有降低,同时将部分残留氨氧化为氮氧化物,但由于氧等离子体可在催化剂上生成表面活性氧,因而样品也具有一定可见光催化活性,但活性较低,其TOF比氢等离子体活化样品低一个数量级。氮等离子体不能有效活化Au/AmT,其处理后样品与未活化样品同样没有可见光催化活性。5.为避免残留氨的影响,采用以NaOH为沉淀剂的沉积沉淀法,并经等离子体活化制备了不含残留氨的Au/AmT可见光催化剂,其经氢等离子体活化样品(Au/AmT)HPDPN的TOF可达3.8 比浸渍-氨洗法经氢等离子体活化制得的样品提升了一个数量级。氧等离子体活化Au/AmT虽然使其获得了比(Au/AmT)HPDPN更高的CO吸附量,但其可见光催化活性与未活化样品(Au/AmT)NADPN相比并无提高。TiO2载体的性质对等离子体活化效果具有很大影响。对于同样由此法制备的Au/P25样品,氢等离子体会消耗Au/P25样品的表面氧物种,从而减少了 Au的缺电子CO吸附位,使得Au物种上CO的吸附量大幅降低,这使氢等离子体活化对Au/P25的可见光催化活性反而产生了负效应。