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半导体TiO2光催化作为一种高级氧化技术可以用于降解污染物，为环境治理提供了一种新的方法。通过修饰改性提高TiO2的光催化活性及拓展TiO2光吸收范围受到了国内外研究者的广泛关注。
本论文通过两种方法对TiO2光催化剂进行修饰改性，包括对TiO2进行表面氟化和将F共掺入到N掺杂TiO2(N-TiO2)晶格中。其中表面氟化的TiO2(F-TiO2)在可见光照射下降解染料污染物时显示出很高的光催化活性，染料的吸附模式和降解机理均显著不同于未修饰的TiO2。F共掺杂到N-TiO2晶格中能够有效地调控N-TiO2的能带结构，影响光生电子和空穴的氧化还原能力。通过理论计算和对催化剂结构的详细表征，研究了修饰组分影响光催化活性的作用机制。主要研究进展如下：
1.表面氟化几乎不改变TiO2的晶体结构和比表面积，但是能显著影响TiO2的表面性质。F-不仅能够取代TiO2表面的羟基，还能取代部分表层晶格氧。表面氟化后，对染料罗丹明B(RhB)的饱和吸附量和吸附强度均大为提高，降解速率大大加快，染料吸附模式和降解机理也不一样。在TiO2体系中，RhB通过羧基吸附在TiO2表面，以发色团直接开环降解为主，而在F-TiO2体系中，通过带正电的氨基吸附，染料先迅速脱去N-乙基，之后发色团再开环降解。通过IR、XPS等表面表征手段第一次证明了染料在TiO2和F-TiO2表面的吸附模型发生改变，并深入探讨了吸附模型与降解机理之间的关系。
2.理论计算表明：由于N和F的协同作用，共掺入F能够有效地调控N-TiO2的能带结构。当F共掺入到N-TiO2时，可见光照射下空穴的氧化能力将增强，导带电子的还原能力将减弱。为了从实验上证实理论计算的预测，制备了一系列N和F共掺杂的TiO2(N，F-TiO2)。在不添加牺牲剂、有氧条件下，可见光照射N，F-TiO2悬浮液，能光催化还原金属离子(CrVI，FeIII和AgI)，以及光催化氧化分解水生成氧气，从实验上证实了理论计算的论点。