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在经济发展以及工业化过程中,面对能源消耗和环境污染等问题,开发可利用清洁能源和治理环境污染的问题迫在眉睫。自上世纪70年代,Fujishima和Honda发现二氧化碳(TiO2)电极光催化裂解水产生H2,研究者们对TiO2材料进行了广泛而深入的研究。TiO2材料因具有优越的化学稳定性、安全无毒、价格低廉以及合适的氧化还原能力,使得它一直作为研究者们的研究的热点,同时,它在解决能源消耗和环境污染问题方面有着广泛地应用。TiO2材料在进行光催化反应前,首先需要有大于禁带宽度能量的光照,然后产生电子空穴对,电子空穴对转移到TiO2表面,最后电子空穴与吸附在TiO2表面的物质进行反应。在实际的应用过程中,TiO2材料本身存在着两方面明显的局限性:(1)TiO2有着较大的禁带宽度,只能利用太阳光中的紫外光部分,而紫外光在太阳光中的占比非常小;(2)TiO2光生电子空穴载流子有着很大的复合率。这两方面的局限性大大地限制了光催化反应活性。为了克服TiO2自身局限给光催化活性带来的影响,研究者从宽带窄带半导体复合、染料敏化、金属/非金属离子掺杂和金属纳米颗粒修饰改性等方面对TiO2进行了改进。其中,金属颗粒修饰改性,通过局部等离子体共振效应使TiO2的光响应拓展到可见光区域,由于这种方法相比宽窄带半导体复合方法难度低,能够克服染料敏化带来的光催化反应寿命较短的问题和金属离子掺杂带来的电子空穴对易复合的问题,引起研究者们的密切关注。基于以上讨论,本文主要进行了以下几个方面的工作:通过水热合成的方法,通过加入适量的晶型形成剂并适当调控水热反应的温度及时间,制备了氧化位点(氧化面)和还原位点(还原面)分离的形貌可控的金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2。通过比较二者光催化氧化异丙醇的能力,选择了合适的TiO2作为负载金属纳米颗粒的底物。通过光沉积的方法,在TiO2的还原位点(还原面)负载具有局部等离子体效应的Au或Ag单种金属纳米颗粒。经Au或Ag单种纳米颗粒修饰负载的TiO2在可见光区域有了光吸收,其光吸收强度不会影响光催化反应效率。此外,Au-TiO2或Ag-TiO2复合材料的比表面积也不会影响光催化反应效率。Au在金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2表面的最佳负载量分别为1 wt%和0.25 wt%,它们在3周的光催化循环耐力测试中,第三周的光催化活性分别保持了第一周光催化活性的96.5 wt%和94.4 wt%。Ag在金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2表面的最佳负载量分别为1 wt%和0.25 wt%,它们在3周的光催化循环耐力测试中,第三周的光催化活性分别保持了第一周光催化活性的30.8 wt%和28.1 wt%。Au修饰负载的光催化剂具有优越的光催化循环耐受力,但可见光下的光催化活性较弱;Ag修饰负载的光催化剂具有较优越的光催化活性,但光催化循环耐受力较差。进一步地,通过光沉积的方法,制备了 AuAg-TiO2复合材料,通过XRD、SEM、TEM和EDS面扫描的分析方法,确定了 AuAg双金属纳米颗粒成功地在金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2的还原位点(还原面)形成。通过在可见光下测试制备好的样品的光催化活性以及光催化循环耐力,发现AuAg双金属纳米颗粒修饰负载的TiO2不仅具有良好的光催化活性,还具有良好的光催化循环耐力。研究发现,对于等离子体效应对光催化能力的增强,Au或AuAg金属纳米颗粒修饰负载的金红石型TiO2要强于它们修饰改性的锐钛矿型TiO2。为了解释这一现象产生的原因,我们进一步采用双通道光声图谱测试了其电子转移的方式,发现Au/AuAg金属纳米颗粒修饰的金红石型TiO2的价带上的电子受激发后,转移到陷阱能级,再从陷阱能级转移到缺电子状态的金属纳米颗粒上,而锐钛矿型TiO2中的电子由金属产生并转移到缺陷能级上,再从缺陷能级转移到导带上,导致前者氧化反应发生在价带上,后者的氧化反应发生在金属纳米颗粒上,最终使得Au/AuAg金属纳米颗粒修饰的金红石型TiO2具有较强的光催化降解有机物的能力。