近年来,随着工业的发展和新兴行业的迅速崛起,环境问题和能源危机也愈发严重,这给社会安定带来了巨大隐患,因而寻求成本低、安全性高、绿色环保、高效的新材料是可持续发展的必然趋势。在室温下,二氧化钛纳米材料利用太阳光就能将有机污染物降解,通过一系列的化学反应将污染物转化成无污染的物质,因而二氧化钛在水体净化、空气净化和自清洁等领域有良好的应用前景。虽然二氧化钛在光催化技术中有诸多优势,但是也存在禁带宽、对自然光的利用率低、吸收光阈值高等缺点,因此对二氧化钛纳米材料进行改性成为必然。本文针对以上问题,通过调整制备工艺和改性掺杂等方法来提高二氧化钛的光催化活性,主要研究内容如下:(1)利用共沉淀法结合水热煅烧法制备出纳米尺寸的二氧化钛。通过单因素实验研究水热反应时间、水热反应温度、煅烧时间和煅烧温度等因素对二氧化钛光催化活性的影响。通过正交实验选择出最佳工艺条件,并研究水热时氢氧化钠浓度对亚甲基蓝降解率的影响。实验结果表明,最佳工艺条件为:水热反应时间12h,水热反应温度150℃,煅烧时间4h,煅烧温度500℃,NaOH溶液浓度10mol/L,在此条件下合成出的样品光催化活性最高,对亚甲基蓝的降解率达90.39%。(2)在最佳工艺条件下,利用同样的方法合成出钴离子掺杂和镍离子掺杂的二氧化钛纳米材料,通过光催化实验测定金属离子掺杂量对亚甲基蓝降解率的影响。通过XRD、SEM、TEM和EDS表征分析样品的晶型、粒径大小、微观形貌结构和所含元素。实验结果表明:在钴离子掺杂的样品中,1%Co-TiO₂对亚甲基蓝降解率最高(95.05%),比纯二氧化钛高4.66%;在镍离子掺杂的样品中,2%Ni-TiO₂对亚甲基蓝降解率最高(98.72%),比纯二氧化钛高8.33%。XRD结果表明,在最佳工艺条件下合成的纯TiO₂、Co-TiO₂和Ni-TiO₂均是单一的锐钛矿相。从TEM图中可以看到Co-TiO₂和Ni-TiO₂的形貌为片状,大部分粒子尺寸为15-25nm。由EDS分析可以确定钴离子、镍离子已成功掺入到二氧化钛晶格之中。(3)在最佳工艺条件下合成Co/Ni-TiO₂,研究不同钴离子和镍离子掺杂量对TiO₂光催化性能的影响,并通过XRD、SEM和TEM对样品进行表征分析。实验结果表明:适量的钴离子、镍离子共掺杂可以提高二氧化钛的光催化性能,1.4%Co-2%Ni-TiO₂的光催化活性最高,对亚甲基蓝的降解率达96.81%,比纯二氧化钛高6.42%。由XRD衍射图像和衍射环可以推断Co/Ni-TiO₂是锐钛矿相,(101)晶面衍射峰尖锐,样品结晶性好。从SEM和TEM图中可以看到样品粒径大多数在15-25nm之间,微观形貌结构为片状。