一、实验背景
随着我国工业化程度不断增加，经济腾飞，人民生活水平不断提高，高速发展过程中引发的一系列环境问题近些年愈发被重视。如何低成本、高效率地解决废水废气废渣等污染源头，现有的降解工业三废的方法如何改进，成为科研工作者不断探索的前进方向。目前，光催化与传统的焚烧等处理方式相比，因其高效、无二次污染、可直接利用太阳光驱动反应产生清洁化学能节约能源、室温可反应应用广阔被广泛看好。现代能源紧缺，各种新能源的应用应运而生。而太阳能，就是新能源中最具长远发展前景的一种。太阳能储量丰富，对环境没有污染，无需运输，取用方便。可以说，太阳能未来很有可能替代很大一部分传统能源。以TiO2为代表的半导体光催化剂由于良好的催化降解能力和安全稳定的特性，以及在光能转化为化学能方面性能优越被寄予治理环境污染的厚望。半导体材料在外界光照条件下，自身的电子吸收能量后会被激发，生成光电子-空穴对，既可以在价带上发生电子-空穴对的氧化反应又可以在导带上发生还原反应，从而利用由光能转化而来的化学能加速许多污染物的降解过程。然而，量子产率较低这一问题在现今的光催化材料中普遍存在。单一组分的光催化材料量子产率较低主要有两方面原因，一是光生电子和光生空穴的快速复合，使催化效果下降，二是传统光催化材料中性能较好的能带隙较宽（如TiO2 锐钛矿 3.2eV，金红石 3.0eV和板钛矿 3.2eV）只能吸收波长小于380nm的紫外光，对可见光没有光催化活性，不能很好地利用太阳能。这些缺陷都限制了单一组分光催化材料在实际生产生活中的广泛应用。研究发现，多组分复合材料能够有效提升单一组分半导体材料的光催化性能，因为复合之后的半导体材料对光的利用率提升的同时，载流子更易分离而不是复合。现在提升光催化剂催化性能有许多种方法，其中复合成异质结结构是较为被人看好的一种。异质结，是两种不同种类或晶型的半导体相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结（P-p结或N-n结）和异型异质(P-n或p-N)结，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结常具有两种半导体各自的P、N结都不能达到的优良的特性。对于二氧化钛等半导体复合材料来说，大量研究表明，界面会影响太阳能的转化率。因此，对半导体的界面进行合理的设计具有重要的理论和现实意义。对于光催化，希望能在本毕业实验中证实复合的两种半导体的界面能够有效抑制载流子的复合，促进光生电子和光生空穴的分离，因而能够抑制光催化材料的失活，大幅度提高半导体材料的光催化性能。
二、实验目的和意义
在众多的光催化剂中，n型半导体材料TiO2在光诱导下化学稳定性好，氧化能力强，并且具有成本低、室温下化学稳定使用寿命长、无毒、耐腐蚀、耐酸碱、成本低，几乎可以在非高温、高压，室温温和的条件下与任何有机污染物反应，反应后的有机物完全降解成无二次污染的小分子CO2、H2O等优点，被广泛看好。本实验以TiO2为主要原料，通过离子掺杂、染料敏化、贵金属表面等离子体共振、半导体复合、制成异质结一系类方法，希望能够拓宽光催化材料的吸收光波长范围，促进光生电子和光生空穴的分离，抑制载流子的复合，提高光催化剂的光催化能力，从紫外光激发的光催化剂变成紫外-可见光激发法的光催化剂，有效提高太阳光的利用效率，推进光催化降解在环境治理等方面应用的进程。
三、实验内容
用水热法制备TiO2，与二氧化硒等半导体复合为异质结，分别测试二氧化钛、二氧化硒级异质结复合物的表征，之后以相同比例分别与相同浓度的罗丹明B溶液混合，在全光谱和可见光光源距离固定的条件下，间隔固定时间取样，离心取上清液，过滤后检测上清液吸光度A。作图比对，进行函数数据分析，找到半导体异质结与单一组分材料哪种的光降解性能更好；找到半导体异质结复合材料中，二氧化钛与什么种类的半导体复合对光催化性能提升的效果最好；效果最好的二氧化钛异质结复合物中，用哪种方法复合的材料最优，不同比例的二氧化钛和另一种半导体，哪一种是最优质的比例，哪一种异质结能够让罗丹明B最快降解，能够让开括二氧化钛的光催化作用的有效波长，在可见光中也有良好的有机染料光降解效果。
四、参考文献
1、严鹏丽. 二氧化钛异相结的制备及其光电性能研究[D].哈尔滨工业大学,2016.
2、朱宁芳. TiO_2基纳米复合材料的制备及性能研究[D].东北石油大学,2017.
3、周岩. 高效异质结复合光催化剂的构筑及其可见光催化性能研究[D].华东师范大学,2017.
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