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图1.1 锐钛矿二氧化钛的光催化降解反应机理
TiO2纳米材料以其优异的结构特性，化学稳定性好，且不易中毒，因而在当今的光催化领域中TiO2纳米材料是研究、应用得最广泛且表现最突出的光催化半导体材料。但是由于TiO2的禁带宽度相对较宽（锐钛矿和板钛矿为3.2 eV，金红石为3.0 eV），使得其在可见光的照射条件下难以激发，仅在紫外光的照射条件才能激发。想要利用太阳光能量实现光催化过程，就需要通过改变TiO2的禁带宽度，扩展光吸收范围至可见光区[30-31]。
如何去有效地抑制光生电子与空穴的复合，以及如何减小TiO2的禁带宽度仍是TiO2光催化剂的研究重点和热点问题。伴随着多相催化技术的不断发展，负载型催化剂越来越多的被人们所重视。其中，载体的本质对催化性能有着相当显著的影响，因此，载体的选择非常重要。
综上所述，TiO2纳米材料作为催化剂或者载体在光催化领域具有广泛的应用前景，为了更好的解决人类面临的环境与能源等实际问题，寻找高效、绿色、经济的催化剂成为化学工作者不断努力的研究方向。其中，调变和改善TiO2纳米材料的组成、结构和形貌无疑是最有效的方法。
1.3.2 TiO2纳米晶催化剂材料
1.2 两种不同TiO 晶体结构的连接方式
TiO2纳米材料具有稳定性好、不易中毒、价格低廉等优点，关于TiO2作为催化剂/载体材料在光催化降解有机/无机污染物、太阳能染料电池和精细化工等方面的文献数和引文数日益增长。TiO2纳米材料的晶体组成基本结构单元是钛氧八面体（TiO6），TiO6分别可通过共边和共顶点进行连接，TiO6八面体通过这两种组成方式构成了三种不同晶型的TiO2纳米材料[32-36]，即锐钛矿（四方晶系）、金红石（四方晶系）和板钛矿（斜方优尔面体）。其中，关于锐钛矿和金红石型的研究更为广泛。
1.3 TiO2的晶型结构
因此，设计合成多级结构TiO2纳米材料，并研究其潜在的应用价值具有重要意义。如何改进纳米材料的结构和制备方法，设计具有特殊功能和新型结构的多级结构纳米材料，不断推进纳米材料的制备合成方法、结构特征以及应用领域的变革成为当今研究的难点和重点。
1.3.3 二氧化钛在光催化体系中的应用
1972年,Fujishima和Honda在电解液中，使用二氧化钛光电阳极以及铂阴极完成了紫外线裂解水的反应[37-39]。自那时以来，因其在废水净化以及太阳能能量转换的应用前景，二氧化钛光催化作用引起了大量研究人员的注意。在降解空气和水中的有机污染物的众多的半导体光催化剂中，二氧化钛因其具备无毒，廉价和化学性质稳定的优势脱颖而出。但是，由于它的带隙相对较宽（锐钛矿结构为3.2 eV），二氧化钛难以在可见光照射下体现光催化作用。所以，其对太阳光的利用率不高。同时，相关的高速的电子空穴重组常常会导致低的量子收率和光催化效果不高。
目前，有很多关于金属离子及金属氧化物负载和阴离子掺杂的二氧化钛光催化剂的报道。这些方法都可以增强二氧化钛在光催化反应中的活性，且其在可见光条件下显示了一定的活性。Hyunwoong Park等人[40]研究了表面改性TiO2在光催化氧化苯制取苯酚中的应用，他们研究了在直接光催化羟基化苯制取苯酚过程中各种因素（如电子受体、表面改性、催化剂组合）对苯酚产率和选择性的影响。在紫外光的照射条件下，在TiO2表面产生羟基自由基，然后与苯环结合生成苯酚。探究了添加Fe3+、H2O2 和 Fe3+ + H2O2以及表面改性TiO2对苯酚产率和选择性的影响，在TiO2表面负载Pt纳米粒子(Pt/TiO2)可以显著提高苯酚的产率，表面氟化的TiO2（F-TiO2）可以将苯酚的产率提高2倍，这是因为在F-TiO2表面可以产生更多的OH自由基。将POM加入到TiO2的悬浮液中可以将苯酚的产率从2.6％提高到11％。
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