环境与能源问题是制约当今社会发展的主要因素。半导体光催化剂能在光照条件下将太阳能转化为化学能,同时能光催化降解有机物,因此,光催化技术被认为是在环境领域与能源领域最具有应用潜力的技术之一。在众多半导体催化剂中,TiO₂因为化学性质稳定、安全无毒、经济廉价和不会发生光腐蚀作用等特性被认为是最有可能在实际中应用的半导体催化剂。但是TiO₂带隙能高,只能被紫外光激发,光能利用率低,光生电子与空穴容易复合,量子效率低,光催化能力低。因此,本论文以提高TiO₂光催化活性为目的,通过形貌控制、表面改性、非金属掺杂、半导体耦合等方法改善TiO₂光吸收性能和光生电子迁移能力。系统研究了其光催化行为并探讨了催化活性提高的原因。具体研究内容如下:1、以生物质碳微球为模板采用溶胶-凝胶结合溶剂热-消解策略制备得到具有高催化活性的表面硝基功能化TiO₂空心球。通过荧光、漫反射、X射线光电子能谱、X射线衍射、场发射电镜、透射电镜、比表面及孔特性分析和傅里叶红外光谱等手段表征催化剂形貌、组成与结构信息,并通过光催化降解甲基橙、对氯苯酚和光催化产氢来表征催化剂的光催化活性。结果表明我们制备出具有完美锐钛矿晶型的TiO₂-NO2空心球,光催化降解和产氢结果表明TiO₂-NO2空心球具有更好的光催化活性,而体相TiO₂-NO2对MO的吸附能力和光催化活性比TiO₂-NO2空心球更强,本文对此做出作出合理的分析解释。2、以生物质碳微球为模板通过自组装过程成功制备出TiO₂空心球以及磷钨酸负载TiO₂空心球。通过扫描电镜、荧光、紫外可见漫反射、透射电镜、X-射线粉末衍射等方法对样品形貌、光电性能以及组织与结构进行表征。结果表明我们通过以碳微球为模板制备得到大量TiO₂空心球,并通过浸渍磷钨酸和一步法合成磷钨酸掺杂TiO₂空心球提高TiO₂光催化活性。研究表明采用磷钨酸浸渍TiO₂空心球活性得到提高,本文对这种活性提高的原因进行了合理分析。3、在第三章的工作基础上成功制备出了基于形貌可控的TiO₂空心球与g-C3N4半导体复合光催化剂。并对其形貌、光电性能和光催化活性进行了表征与研究。结果表明,与g-C3N4复合之后,TiO₂的空心球结构更加稳定,g-C3N4/TiO₂空心球复合半导体光催化剂的活性明显优于g-C3N4/体相TiO₂,本文对可能原因进行了合理的分析。4、以全氟辛烷磺酸钾为软模板通过自组装过程成功制备出了F掺杂TiO₂纳米微球。通过对样品进行扫描电镜、荧光和紫外可见漫反射表征分析样品信息,结果表明F-TiO₂纳米微球吸收带发生蓝移,本文对F-TiO₂纳米微球吸收带蓝移现象进行了分析;同时光催化降解4-FP实验表明F-TiO₂纳米微球的光催化活性明显优于体相TiO₂。