纳米二氧化钛的制备及光催化分析
实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验
实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验一、实验目的1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理;2、了解TiO2纳米粒子光催化机理;二、实验原理溶胶－凝胶法Sol-Gel法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法;溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的,其分步水解方程式为：TiORn+H2OTiOHORn-1+ROHTiOHORn-1+H2OTiOH2ORn-2+ROH……反应持续进行,直到生成TiOHn.缩聚反应：—Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H2O—Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度,当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时,形成网状结构从而溶胶失去流动性,即凝胶形成;三、原料及设备仪器1、原料：钛酸正四丁脂分析纯、无水乙醇分析纯、冰醋酸分析纯、盐酸分析纯、蒸馏水2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉四、实验步骤以钛酸正丁酯TiOC4H94为前驱物,无水乙醇C2H5OH为溶剂,冰醋酸CH3COOH为螯合剂,从而控制钛酸正丁酯均匀水解,减小水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶;1、室温下量取10mL钛酸丁酯,缓慢滴入到35mL无水乙醇中,用磁力搅拌器强力搅拌10min,混合均匀,形成黄色澄清溶液A;2、将2mL冰醋酸和10mL蒸馏水加到另35mL无水乙醇中,剧烈搅拌,得到溶液B,滴入2-3滴盐酸,调节pH值使pH=3;3、室温水浴下,在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中;4、滴加完毕后得浅黄色溶液,40℃水浴搅拌加热,约1h后得到白色凝胶倾斜烧瓶凝胶不流动;5、置于80℃下烘干,大约20h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末;6、在600℃下热处理2h,得到二氧化钛纯白色粉体;五、思考题1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途六、实验报告要求实验报告按照学校统一模板书写,包括下列内容：1、实验名称、目的和实验步骤;2、解答思考题;。
新型纳米二氧化钛光催化材料的合成及反应研究的开题报告
新型纳米二氧化钛光催化材料的合成及反应研究的开题报告一、背景与研究意义纳米材料自问世以来，因其独特的物性及应用性质，引起了广泛关注和研究。
其中，纳米二氧化钛 (TiO2) 是近年来研究最为广泛的一种纳米材料，因其良好的光催化性能及广泛的应用前景而备受瞩目。
但传统的 TiO2 光催化材料存在一些不足，如能量利用率低、光吸收能力差、易受到环境中杂质污染等，这些问题都制约了其在实际应用中的发展。
针对以上问题，研究人员们从纳米材料的制备方法、表面改性、结构调控等方面进行深入研究，努力寻求提高 TiO2 光催化性能的方法。
其中，利用纳米二氧化钛制备新型纳米二氧化钛光催化材料，在金属催化剂的辅助下，可形成一些新型的纳米结构，例如纳米带、纳米塔、纳米球等，这些结构的形成能够显著提高纳米二氧化钛的光催化性能。
因此，本研究旨在通过金属催化剂的辅助，合成新型纳米二氧化钛光催化材料，探究其在光催化反应中的反应特性，为纳米二氧化钛的应用提供更好的选择。
二、研究内容与方法本研究的主要内容是利用化学合成法合成新型纳米二氧化钛光催化材料，通过不同的合成方法、合成条件及掺杂金属的种类和含量等因素，制备多种不同结构的纳米二氧化钛光催化材料，并对其形貌、结构进行表征分析。
同时，本研究还将开展相关的光催化反应，如罗丹明 B (RhB) 的降解、甲醛的氧化等，对不同结构的纳米二氧化钛光催化材料进行比较研究，探究其在光催化反应中的反应活性、稳定性、选择性等性能，并对其光催化反应机理进行深入分析。
三、预期成果及意义预计本研究将合成出多种形貌、结构不同的新型纳米二氧化钛光催化材料，并对其性能进行全面研究和比较分析，探究纳米材料结构调控对 TiO2 光催化性能的影响规律，为开发高性能的 TiO2 光催化材料提供新思路。
本研究的成果有望为纳米二氧化钛的应用提供更好的选择，推动该领域的发展，对于解决当前环境污染问题和绿色能源问题具有重要意义。
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究近年来，纳米材料在化学、生物、环境科学等领域中得到了广泛的研究和应用。
其中，纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂，具有高效、可再生和环境友好等特点，在环境净化、能源产生和分解有机物等方面具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备方法、改性途径及其应用研究。
一、纳米TiO2光催化剂的制备方法一般来说，制备纳米TiO2的方法可以分为物理法和化学法两类。
物理法主要采用物理化学方法，如溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积法等；化学法则是指溶胶法、水热法、反应混合物法等。
这些方法不仅能够控制纳米颗粒的尺寸和形貌，还能够改变其相结构和晶格缺陷，以调控纳米颗粒的光催化性能。
二、纳米TiO2光催化剂的改性途径为了提高纳米TiO2的光催化活性和稳定性，许多研究者通过改性方法对其表面进行处理。
常见的改性手段包括：掺杂、复合、修饰以及载体的选择等。
掺杂是指将一些金属、非金属元素掺入TiO2晶格中，以调控其能带结构和电子结构，提高光吸收范围和载流子分离效率；复合是指将TiO2和其他半导体材料复合，形成异质结构，提高光生电子-空穴对的分离效果；修饰则是在TiO2表面修饰一层活性物质，如负载金属催化剂、有机染料等，以增强其吸附能力和活性；而载体的选择则常常可以通过介孔材料或纳米载体来限制纳米颗粒的再聚集和增加其比表面积。
三、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环境净化、能源产生和有机物降解等方面具有广泛的应用前景。
在环境领域，纳米TiO2光催化剂可以应用于有害物质的分解和废水的处理。
例如，通过纳米TiO2光催化剂的作用，可以分解空气中的甲醛、苯等VOCs （挥发性有机物），从而净化空气。
在废水处理方面，纳米TiO2光催化剂可用于分解废水中的有机物以及去除重金属离子等。
在能源产生方面，纳米TiO2光催化剂可以用于光电子设备的制备。
纳米TiO2颗粒作为光吸收剂，在光电子器件（如光电池）中具有重要的作用。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一摘要：本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备工艺及其光催化性能。
通过不同的制备方法，成功合成了一系列纳米TiO2复合材料，并对其结构、形貌及光催化性能进行了系统性的研究。
实验结果表明，所制备的纳米TiO2复合材料具有良好的光催化性能，为进一步推动其在环境治理、污水处理等领域的应用提供了理论依据和实验支持。
一、引言随着环境污染问题的日益严重，光催化技术因其高效、环保的特性受到了广泛关注。
纳米TiO2作为一种重要的光催化材料，因其良好的化学稳定性、无毒性及高催化活性而备受青睐。
然而，纯TiO2的光催化效率仍存在一定局限性，如光生电子与空穴的复合率高、光谱响应范围窄等。
为了提高其光催化性能，研究人员开始致力于开发纳米TiO2复合材料。
二、纳米TiO2复合材料的制备1. 材料选择与准备本实验选用钛源、表面活性剂及其他添加剂等原材料，经过提纯和干燥处理后备用。
2. 制备方法采用溶胶-凝胶法、水热法或化学气相沉积法等方法，通过控制反应温度、时间及添加剂的种类和用量等参数，成功制备了不同形貌和结构的纳米TiO2复合材料。
三、材料结构与形貌分析1. X射线衍射（XRD）分析通过XRD分析，确定了所制备的纳米TiO2复合材料的晶体结构，证实了TiO2的成功合成及其与复合材料的结合。
2. 扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）分析利用SEM和TEM观察了所制备的纳米TiO2复合材料的形貌、尺寸及分布情况，为进一步分析其光催化性能提供了基础。
四、光催化性能研究1. 光催化实验装置与方法采用紫外-可见分光光度计等设备，设置适当的光源和反应条件，对所制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
2. 结果与讨论通过对比不同条件下样品的催化性能，发现所制备的纳米TiO2复合材料具有较高的光催化活性。
同时，探讨了复合材料中各组分之间的相互作用及其对光催化性能的影响。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验⼀、实验⽬的1、了解TiO2纳⽶材料制备的⽅法。
2、掌握⽤溶胶-凝胶法制备TiO2纳⽶材料的原理和过程。
3、掌握纳⽶材料的标准⼿段和分析⽅法。
⼆、实验背景实验前⼀个星期，本⼈通过查阅相关资料及⽂献了解到，纳⽶粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒⼦，由于颗粒尺⼨的微细化，使得纳⽶粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相⽐，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等⽅⾯表现出奇异的性能。
纳⽶TiO2粉体是⼀种重要的⽆机功能材料，纳⽶TiO2粉体⽆毒，氧化能⼒强，是优良的光催化剂、传感器的⽓敏元件、催化剂载体或吸附剂，也是功能陶瓷、⾼级涂料的重要原料，热稳定性好且原材料⼴泛易得，它有三种晶型:板钛矿、锐钛型和⾦红⽯型。
在多相光催化体系中，由于纳⽶⼆氧化钛粉体与污染物有更⼤的接触⾯积，体系中⼆氧化钛表现出更⾼的光催化活性。
⼆氧化钛纳⽶材料的制备⽅法分为：物理法和化学法。
物理法是最早采⽤的纳⽶材料制备⽅法，其⽅法采⽤⾼能消耗的⽅式，“强制”材料“细化”得到纳⽶材料。
且常⽤有构筑法（⽓相沉积法等）和粉碎法（⾼能球磨法等）。
物理法制备纳⽶材料的优点是产品纯度⾼，缺点是产量低、设备投⼊⼤。
⽽化学法采⽤化学合成的⽅法，合成制备纳⽶材料。
例如，沉淀法、化学⽓相凝聚法、⽔热法、溶胶-凝胶法、热解法和还原法等。
TiO2纳⽶材料的制备⽅法分为：⽓相法、液相法和固相法[1]。
⽬前制备TiO2纳⽶材料应⽤最⼴泛的⽅法是各种前驱体的液相合成法，这种⽅法优点是：原料来源⼴泛、成本较低、设备简单、便于⼤规模⽣产，但是产品的均匀性差，在⼲燥和煅烧过程中易发⽣团聚。
当前实际中应⽤最普遍的液相制备法主要有：液相沉淀法、溶胶-凝胶法、⽔热法和⽔解法。
本次实验将使⽤溶胶-凝胶法。
三、实验原理（1）纳⽶TiO2的制备溶胶-凝胶法胶体是⼀种分散相粒径很⼩的分散体系，分散相粒⼦的重⼒可以忽略，粒⼦之间的相互作⽤主要是短程作⽤⼒。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势和潜力，受到了广泛关注。
纳米TiO2作为一种典型的光催化材料，具有高活性、低成本和环境友好的特点，其在废水处理、空气净化、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
然而，纯TiO2的光催化性能仍存在一些局限性，如光生电子-空穴的复合率高、对太阳光的利用率低等。
因此，研究和开发新型的纳米TiO2复合材料，提高其光催化性能，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、纳米TiO2复合材料的制备1. 材料选择与制备方法本部分主要介绍了制备纳米TiO2复合材料所需原材料及其制备方法。
选择适当的原材料和合适的制备方法，对于提高复合材料的光催化性能具有重要意义。
目前常用的制备方法包括溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
2. 实验过程与参数设置详细描述了实验过程中的关键步骤和参数设置。
包括原料的预处理、反应温度、时间、pH值等参数的控制，以及后处理过程中对产品的洗涤、干燥、煅烧等步骤。
这些参数的设置对于控制产品的形貌、粒径、结晶度等具有重要影响。
三、光催化性能研究1. 实验设计与方法本部分主要介绍了光催化性能的实验设计和方法。
包括选择合适的光源、光强和光照时间，以及设计对比实验，以充分评估纳米TiO2复合材料的光催化性能。
此外，还介绍了对产物进行表征和分析的方法，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等。
2. 结果与讨论通过实验，得到了纳米TiO2复合材料的光催化性能数据。
首先，对实验结果进行了整理和归纳，然后对结果进行了分析和讨论。
通过对比不同制备方法、不同参数设置以及不同复合材料的光催化性能，得出了一些有意义的结论。
例如，发现某些复合材料具有更高的光吸收能力、更低的电子-空穴复合率以及更好的光催化活性等。
四、光催化机理研究本部分主要研究了纳米TiO2复合材料的光催化机理。
半导体光催化04 纳米TiO2的制备及表征
金红石 型TiO2
锐钛矿 型TiO2
改进后的方法(前躯体：TiOCl2不加碱性沉淀剂)
加热干燥 白色晶型沉淀 TiOCl2 水溶液 加热干燥 白色晶型沉淀 锐钛矿型纳 米TiO2粉体 金红石型纳 米TiO2粉体
超 超 声 声
混 混 合 合 混合 ,调整pH 混合 ,调整pH 反应釜 反应釜 180 ℃ ,8h 180 ℃ ,8h 冷却 冷却 离心 离心
超 超 声 声
混 混 合 合
透明溶液A 透明溶液A
透明溶液B 透明溶液B
洗涤
干燥
白色TiO2粉末
小结：
通过对各种方法制备出的纳米TiO2对比，发现采用溶胶
3.前驱体:TiCl4，NaOH 调整pH
2mTiCl4
NaOH
A
Hydrothermal reactor B 180 ℃,8h Cool
1,3,5,7ml 10ml 乙醇
Drying White TiO2power
Lavation
Centrifugal
微乳液法
前驱体:TiCl4,NaOH，HCl调整pH
浸渍法（载体为石棉绳、沸石、分子筛）
石棉绳 沸石 分子筛 浸泡 100℃ 干燥
纳米TiO2 溶胶
24h
2h,除乙醇
灼 烧 8h
,600 ℃
催化性能 测定
负载型纳 米TiO2
层层自组装法（载体为玻璃纤维布）
1.玻璃纤维布的前处理
玻璃纤维布 1%SDS溶液 15min H2O 5min 1%HCl溶液 80℃，30min 5min
一种可控合成不同形貌纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用
一种可控合成不同形貌纳米二氧化钛光催化剂的制备方法及其应用制备方法：1.首先，将适量的钛酸四丁酯（TBOT）溶解在乙醇溶液中，形成初步溶液。
2.然后，在初步溶液中加入适量的表面活性剂，如十二烷基硫酸钠（SDS），搅拌均匀。
3.接下来，将溶液转移至高压反应釜中，设置适当的反应条件，如温度和压力。
4.开始水热反应，保持一定的时间，以使溶液中的钛酸四丁酯经水解和缓慢聚合反应逐渐形成纳米二氧化钛颗粒。
5.通过控制反应条件，如反应时间和温度，可以得到不同形貌的纳米二氧化钛光催化剂。
应用：这种可控合成的纳米二氧化钛光催化剂可以广泛应用于环境治理、能源转化和光电子器件等领域。
1.环境治理：纳米二氧化钛光催化剂可以通过光催化的方式降解有机物污染物，并转化为无害的物质。
通过控制合成方法，可以制备出形状复杂、表面积大的纳米二氧化钛光催化剂，增强其光催化活性和稳定性，提高环境治理效果。
2.能源转化：纳米二氧化钛光催化剂可以利用可见光或紫外光激发产生的光生电子和空穴进行光催化反应，如水分解产生氢气、光催化还原CO2等。
通过控制合成方法和形貌，可以调控纳米二氧化钛光催化剂对可见光或特定波长光的吸收能力，提高能源转化效率。
3.光电子器件：纳米二氧化钛光催化剂可以用作染料敏化太阳能电池、光催化水分解电池和光催化氧化电池等器件的光电转换层材料。
通过合理设计纳米二氧化钛光催化剂的形貌和结构，可以提高光电子器件的光电转换效率和稳定性。
总之，可控合成不同形貌的纳米二氧化钛光催化剂在环境治理、能源转化和光电子器件等领域具有广泛的应用前景，并且通过合适的合成方法和形貌调控可以进一步提高其催化性能和光电转化效率。
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苏州科技大学 材料科技进展
化学生物与材料工程学院 材料化学专业
题目： 纳米二氧化钛的制备及光催化 * 名： ** 学 号： ********** 指导老师： *** 起止时间：5月20日——6月8日 纳米二氧化钛的制备及光催化 吕岩 （苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009） 摘要: 纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。本文主要介绍
纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类, 并分析了各种工艺的优劣。并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。 关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化. The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalytic Lv Yan (University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2 w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2 reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living. Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis 引言：
纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。它具有良好的透明性，紫外线吸收性及熔点低、磁性强、热导性强、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点等奇异特性；还具有良好的抗菌作用，使用过程中不会发生自身损耗，而且资源丰富，价格低廉，因此在光催化降解废水中的有机物、涂料、精细陶瓷、塑料、催化剂、及化妆品等方面应用广泛，成为新型功能材料研究的热点之一。本文将对纳米二氧化钛的制备及光催化在做一些简单介绍。 1.纳米TiO2的制备 纳米TiO2的制备方法有很多, 归纳起来主要有固相法、气相法和液相法等,其中气相法又包括化学气相沉积法和化学气相水解法等; 液相法包括溶胶凝胶法、胶溶法、醇盐水解法、沉淀法、水热合成法等。 (1).化学气相沉积法( CVD) CVD 法是利用挥发性金属化合物的蒸汽通过化学反应生成所需化合物。它包括单一化合物的热分解, 也包括通过两种以上物质之间的气相反应制备超细粉。该方法制备的超细粉纯度高, 分散性好,粒度分布窄, 除能制备氧化物外, 还能制备碳化物、氮化物等非氧化物超细粉。Leszek W achow ski [ 1] 等人利用CVD 法在含碳材料表面制得T iO2。李文漪[ 2] 等人利用化学气相沉积法水解四异丙醇钛( TT IP)制备T iO2薄膜, 并研究了制备过程中水解TT IP的反应动力学。该工艺的优点是自动化程度高, 可以制备出粒径小、粒径尺寸均匀的优质粉体。 (2).化学气相水解法 化学气相水解法按照所用原料的不同可分为:TIC l4氢氧火焰水解法和钛醇盐气相水解法。TIC l4氢氧火焰水解法的基本原理是将T iC14气体导入高温的氢氧
火焰中( 700~ 1000 e )进行气相水解, 其基本化学反应式为: TiC l4 ( g) + 2H2 ( g) + O2 ( g ) = T iO2 + 4HC l( g) 钛醇盐气相水解法是通过醇盐水解、均相成核与生长等过程在液相中生成沉淀产物, 再经过液固分离、干燥和煅烧等工序, 制备T iO2粉体。该方法的优点是操作
温度低, 能耗小, 对材质要求不高, 并且可连续化生产。但醇盐水解过程速度太快, 反应难以控制, 再加上使用了价格过于昂贵的钛醇盐为原料, 生产成本过高。 (3）溶胶-凝胶法 溶胶- 凝胶法是80年代兴起的一种制备纳米材料的湿化学方法, 以钛醇盐为原料, 将其溶于乙醇、丙醇和丁醇等溶剂中形成均相溶液, 使钛醇盐在分子均匀的水平上进行水解反应, 同时发生失水与失醇的缩聚反应, 生成物聚集成l nm 左右的粒子并形成溶胶, 经陈化形成三维网络的凝胶, 干燥除去残余水分、有机基团和有机溶剂得到干凝胶, 经研磨、煅烧 最终得到纳米级T iO2粉体。 (4) 水热合成法 水热合成法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里, 采用水溶液作为反应介质, 通过高温高压将反应体系加热至临界温度, 使前驱物在水热介质中溶解, 进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒, 卸压后经洗涤, 干燥即可得到纳米级T iO2粉体。 (5） 沉淀法 沉淀法一般以T iC l4或T i( SO4 ) 2等无机钛盐为原料, 将( NH4 ) 2 SO4、NH3 # H2 O 和( NH4 ) 2 C03或N aOH 等碱性物质加入到钛盐溶液中, 生成无定形的T i ( OH ) 4沉淀。将沉淀过滤、洗涤、干燥, 经600 e 左右煅烧得到锐钛矿型纳米T iO2粉体, 或在800 e 以上煅烧得到金红石型纳米T iO2粉体。
2. TiO2的光催化 近年来人们发现二氧化钛光催化材料具有降解废水和空气中的有机物,去除空气中氮氧化合物、含硫化合物、还原水中部分重金属有害离子、杀菌、除臭等用途。 (1)光催化作用原理 二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式： λg(nm)=1240/Eg(eV)
可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒[11]，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。在水溶液中，光生电子的俘获剂主要是吸附在半导体表面上的氧，氧俘获电子形成O2-；OH-、水分子及有机物本身均可充当光生空穴俘获剂，空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有高度活性的•OH自由基，活泼的•OH自由基可以将许多难以降解的有机物氧化为CO2和H2O。其反应机理如下[13] ： TiO2 + hv → h+ + e- (2) h+ + e- → 热量 (3) H2O → H+ + OH- (4) h+ + OH- → HO (5) h+ + H2O + O2- → HO•+ H+ + O2- (6) h+ + H2O → HO+ H+ (7) e- + O2 → O2- (8) O2- + H+ → HO2- (9) 2HO2 → O2 + H2O2 (10) H2O2 + O2- → HO+ OH- + O2 (11) H2O2 + hv → 2HO (12 ) 从上述光催化作用原理分析可知道，光催化过程实际上同时包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映出光生空穴和光生电子 的反应性能,同时又相互影响,相互制约。 (2)光催化反应的基本途径 当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合[14]。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。该过程如图1(a)所示，可用如下反应式表示[15]： TiO2+hv→TiO2(e-，h+) （13） e-+h+→heat or hv （14）
h++OH-ads→HO (15) h++H2Oads→HO+H+ (16) e-+O2→O2- HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化： HO+D→D++OH- （18） e-+A→A- (19) h++D→D+ (20)
图1-3：半导体TiO2的光催化氧化反应原理图 (3)影响TiO2光催化剂的因素 1).水蒸气对二氧化钛光催化剂的影响及光催化剂的失活