中文摘要：

光催化技术是近年来国际学术界最活跃的研究领域之一。TiO2作为光催化剂受到了人们日益广泛的关注。稀土元素由于特殊的能级结构和光谱特性，通过掺杂可有效提高纳米TiO2光催化效率。最近几年研究发现，选取适当元素进行共掺杂，得到的光催化剂具有比单一元素掺杂更高的光催化性能。而目前，双稀土掺杂的二氧化钛光催化剂报道较少, 其作用机制以及二者之间的协同作用有待进一步深入研究。本项目拟通过水热合成、溶胶-凝胶等方法设计制备出一系列双稀土掺杂二氧化钛复合光催化材料，并选择具有良好环境属性的天然矿物作为载体，以期获得具有高效率、高活性的多功能负载型二氧化钛复合光催化材料；利用XRD、TEM、SEM及光谱分析等实验方法对其结构、形貌及光催化性能等进行表征，同时探索其降解污染物的动力学行为，研究双稀土元素掺杂TiO2光催化作用及协同作用机理，以及天然矿物负载对其光催化性能的影响。

结论摘要：

纳米TiO2 作为一种功能性半导体材料，在环境保护、光电转换、涂料行业和工业催化等领域有着极为广泛的用途。然而，光谱吸收范围窄、对太阳光的利用率低以及光量子效率低是限制TiO2实际应用的主要原因。如何拓宽光谱响应范围和提高量子效率，对提高光催化剂活性的具有重要的意义和研究价值。本课题选取了稀土元素具有复杂的能级结构和光谱特性，对纳米TiO2进行掺杂改性，可有效提高其光催化效率，是最具希望解决可见光利用率的技术之一。通过溶胶-凝胶法、模板法、水热法等制备了双稀土共掺杂的二氧化钛光催化材料，并将其用于光降解染料，拓宽了光谱吸收范围，提高了对太阳光的利用率，光催化效果明显提高。具体研究内容如下 (1) 首先，采用溶胶-凝胶法制备稀土La和Gd单掺杂TiO2纳米颗粒，确定了最佳的单掺杂量分别为2.0%和0.4%（摩尔比）；在此基础上制备La-Gd/TiO2纳米颗粒，考察了不同参数制备产物的光催化性能，当最佳掺杂配比为GdLaTi=0.0040.0151时，在紫外光下光照30min，对甲基橙的降解率可达97 %，是未掺杂的3.2倍；可见光下2 h的降解率则达到40%，而未掺杂的几乎没有变化，表明掺杂可拓宽光谱吸收范围，提高对太阳光的利用率。 (2) 分别采用P123和尿素作为模板，制备了La-Gd/TiO2微球。P123模板制备的微球，球径约为1.5-3.5μm，探讨了煅烧温度对催化性能的影响350℃下煅烧2h的样品，紫外光照射20min即可完全降解甲基橙。尿素模板法制备的微球，球径在100nm左右。探讨了合成条件对产物催化性能的影响在110℃下水热反应36h的样品催化效果最好，可见光下60min能降解80%以上的甲基橙，对可见光的响应能力非常强。（3）首次采用水热法制备了La-Gd/TiO2纳米管，管径约为15-20nm。在煅烧时产生膨胀效应，管径和长度都有所增加，当煅烧温度达到600℃后，纳米管形貌遭到破坏；煅烧温度对光催化活性的影响为在500℃下煅烧的产物在可见光下照射210min对罗丹明B的降解率即可达71%，比未煅烧的样品提高了2倍。