光催化动力学及调控文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、拟研究或解决的问题

由于环境污染严重，以纳米TiO₂为催化剂净化水体中和空气中的有机污染物受到广泛应用。但是，未经改性的纳米TiO₂存在一定的缺陷，如无可见光效应等。（1）太阳光利用率低^[1]。由于TiO₂禁带宽度较大，只有能量大于3.2eV的紫外光（约占太阳光谱的4%-6%）才能激发光催化反应，所以对太阳能利用率不高，从而导致其较低的可见光催化活性，为充分利用可见光，需拓展TiO₂的可见光响应范围。（2）光量子产率低^[2]。由于光生e^-/h 对的寿命为ns级，极易复合，从而导致参与光催化反应的载流子非常少，目前TiO₂光催化反应的量子效率一般都低于10%，很难应用于处理浓度较高的废水，为了提高其光催化活性和量子效率，必须对催化剂结构和表面进行改性，以抑制e^-/h 对的简单复合，提高光催化过程中载流子的分离效率。（3）对多数有机物吸附弱^[3]。光催化反应在催化剂附近很小范围内进行，TiO₂较弱的吸附能力，使在催化剂附近的有机物溶度较低，光催化反应不充分，从而影响催化效率。

因此我们将尝试多种方法合成黑色TiO₂，并进行纳米表面功能化，以扩展其可见光响应和提升催化降解效率；以亚甲基蓝为底物，系统研究暗吸附和可见光吸附驱动降解过程中的动力学行为；提出所构建的TiO₂基纳米材料的吸附、催化动力学模型。

所以本研究可为设计新型高效纳米TiO₂催化剂提供思路，为降解各种有机化合物提供更多的方法；还为污染物的降解提供了预测模型，实现了降解前的预测功能，并根据实际情况进行多因素的可控调节。

二、研究方法和技术路线

首先合成黑TiO₂纳米：

将钛酸四丁酯与二甘醇混合，搅拌后形成黄色乙醇酸钛凝胶。然后加入水以促进足够的羟基化，继续搅拌。加热，快速冷却至室温后得到的黑色固体晶体分别用乙醇、乙醚和水清洗，去除其中的有机和无机杂质^[4]。

(1)利用多巴胺(DA)分子的自聚合的特性，使其在锐钛矿型二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒表面原位聚合成一层均匀的聚多巴胺(PDA)纳米包覆层，形成TiO₂@PDA的壳核型材料，研究TiO₂@PDA的壳核型材料的制备条件（PDA投入量、温度）对光催化反应效率的影响^[5]。

(2)使用X射线粉末衍射仪、紫外-可见分光光度计、傅里叶转换红外光谱分析仪、多功能光电子能谱仪仪器分析将催化性能最好的那种纳米材料进行表征