论文摘要：金属（氧化物）微网格/TiO2薄膜复合光催化剂的制备及性能研究

TiO2是目前为止研究和应用最为广泛的光催化材料，但由于具有较大的禁带宽度，对太阳光的利用仅局限于紫外部分，光生载流子的复合率很高，使其实际应用受到极大的限制，因此TiO2光催化剂的改性技术成为目前研究的热点问题。另外，目前光催化剂的结构设计和固化手段还较为单一，还需进一步深入与完善。因此，综合考虑改性技术和固化手段两方面的问题，本文利用PS微球模板技术，获得了具有特殊微观结构的高效TiO2复合光催化剂，系统分析了光催化剂的制备、结构及其与光催化性能的关系，将其应用到金属/TiO2和半导体/TiO2两种复合体系中，是一项具有创新意义的尝试。首次制备了非贵金属Cu微网格修饰的TiO2薄膜光催化剂，详细分析了微网格结构对光催化性能的影响，将Cu微网格修饰的TiO2薄膜与贵金属Au(Ag)微网格修饰的TiO2薄膜对比发现，光催化活性大小次序为：Ag微网格/TiO2﹥Au微网格/TiO2﹥Cu微网格/TiO2，金属电子亲和势和功函数的协同作用是三种体系光催化活性存在差异的主要原因。金属微网格修饰可提高光催化效率的理论依据为连通的金属结构使得光生载流子快速有效地分离与传输共用，实验结果验证了微网格结构在金属/TiO2体系中的可行性与普适性。利用磁控溅射技术制备了不同物相组成及不同形貌特征的Cu2O薄膜，通过对比考察薄膜光催化活性确定了最佳的制备条件。将Cu2O（p型）与TiO2（n型）复合，分别制备了Cu2O/TiO2双层复合薄膜以及Cu2O微网格/TiO2薄膜复合光催化剂，对比研究了两种复合方式光催化活性的差异，并深入分析了采用微网格/薄膜复合结构的理论依据：复合结构中两种半导体可实现近似等面积的分布，可以有效避免两者对光的竞争吸收，且两者与反应物接触的机会均等，并能实现光生电子-空穴对的有效分离，从而提高光催化过程的量子效率。采用直流反应溅射方法制备了具有光致变色及紫外光催化活性的WO3薄膜，确定了光致变色与光催化活性之间的关系。制备的WO3微网格/TiO2薄膜复合光催化剂的活性优于单一薄膜（WO3或TiO2）以及WO3/TiO2双层复合薄膜。微网格/薄膜复合光催化剂的高效活性为此复合结构的可行性提供了必要的实验基础与理论依据，与传统层层交替排布的复合结构相比，新型微网格/薄膜的复合模式具有明显优势，为制备高效光催化剂提供了新思路。

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