图1.1 炭气凝胶

气凝胶由溶胶凝胶和超临界干燥处理两个制备过程构成。主要经历有机凝胶制备、有机湿凝胶的干燥和有机气凝胶的炭化三个制备过程[19]。在制备溶胶凝胶过程中，根据通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，来控制溶体内不同结构的纳米团簇的形成如图1.2，然后团簇之间不断的交联、黏结构成了凝胶体[20]。通常采用超临界干燥法，把凝胶放在压力容器中加温加压，将凝胶内的液体改变成流体，然后自然解压，这样才可以产生气凝胶微孔洞内的表面张力为零，以防止材料结构的破坏，由此，才可以得到具有连续网络结构的气凝胶 [21,22]。

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（2） 气凝胶的性质

气凝胶表面上看起来就像固态的烟，但实际上它的成分跟玻璃相似[24]，被称作为世界上最轻的固体之一[23]。它的密度极小，最小可达3.55 kg m-3，孔洞线度在l-l00 nm范围，孔洞率在80 %以上，是一种具有纳米结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示其独特性质[25,26]。纤细的纳米结构可以使材料的热导率降低，增大比表面积，减小对光、声的散射[26]。

（3） 气凝胶的制备方法

近年来关于TiO2/C催化剂的制备方法的报道有很多，主要可归纳为气相法和液相法两大类[27]。尽管气相法制备的掺杂稀土离子二氧化钛催化剂纯度高、粒度小、分散性好[28]，但其制备过程复杂，成本又高而且能量损耗非常大。相比之下，液相法具有低成本，操作简单，能量损耗小等优点，被大量的工业和研究者们采用[29-31]。

通过液相制备掺杂稀土离子的二氧化钛催化剂的方法主要有冷冻干燥法、溶胶一凝胶法、还原法、水热法、水解法、氧化加氢法等[32-34]。

J B Peri[35]通过一步溶胶-凝胶法，选取硅酯作为原料制备了氧化硅气凝胶，由于该方法采用了一步溶胶-凝胶方法，使得干燥所用时间得到了缩减，这一重大突破很好的促进了人们对气凝胶研究的进展。张敬畅等[36]以无机盐为原料，利用超临界干燥法制备出纳米级二氧化钛气凝胶。

（4） 气凝胶的应用

在气凝胶的制备研究过程中，人们一直在探索它在工业生产中的有效应用。由于气凝胶其特有的内部孔结构以及纳米颗粒构造，因此被研究者们发现其具有很多方面的应用价值[37]，比如在催化剂[38]、吸附剂[39]、航空航天[40]和生命科学[41]等方面。由于其结构决定其具有小的热导率、高导电性等，所以在隔热材料[42]、隔音材料[43,44]、光学器件[45]、超级电容器[46]等领域也有应用

本论文研究内容及意义

1.4.1 本论文的研究内容

本论文在总结了大量文献的基础上，针对现有的TiO2光催化技术存在的问题，通过运用浸渍法制备掺杂稀土离子Nd3+的杂化气凝胶，研究其结构及不同性能，并控制变量来进行对比研究。本论文的研究内容如下：

(1) 选择制备掺钕二氧化钛碳杂化气凝胶的制备方法。

(2) 探究不掺杂和掺杂钕的杂化气凝胶对亚甲基蓝的催化活性等性能的影响。

(3) 探索最佳钕掺量对亚甲基蓝的催化活性等性能的影响。

(4) 探索样品投放量对亚甲基蓝的催化活性等性能的影响

(5) 探究杂化气凝胶随着光照时间对其光催化性能的影响。

1.4.2 本论文的研究意义

光催化氧化技术是近40年逐渐发展起来的，且而有希望成为21世纪最为理想型的处理和控制环境污染的高新技术。目前，这种高效环保的技术受到了全球各国及环保企业的密切关注。