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TiO2光催化剂的掺杂改性及应用的中期报告
1.研究背景和意义
气相、水相及有机相污染物是当前环境污染问题的主要来源。其中，挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds，简称VOCs）被广泛分布于大气环境中，对环境和人体健康造成了严重威胁。因此，如何高效、低成本地去除VOCs成为了环境领域研究的热点之一。
TiO2光催化技术是一种具有潜力的VOCs治理技术。TiO2具有良好的光催化性能，可以将气相、水相及有机相污染物降解为CO2和H2O。但是，TiO2光催化技术还存在着一些问题，如光吸收程度不够、电荷复合速率过快、催化剂活性低等问题，限制了其在VOCs治理中的应用。
因此，为了提高TiO2光催化技术的治理效率，针对性地改性TiO2成为了研究热点之一。其中，掺杂是一种有效的改性方法，可以使TiO2的物理化学性质发生改变，从而提高其光催化效率。目前，常见的掺杂元素有N、C、S、La、Fe等。通过掺杂，可以有效地拓宽TiO2的吸收光谱范围，提高光催化效率，降低电荷复合速率，增强催化剂的稳定性。因此，掺杂改性TiO2的应用前景十分广阔。
2.研究进展和成果
2.1控制合成法的制备
本研究采用控制合成法制备掺杂改性的TiO2光催化剂。控制合成法是指通过改变反应条件和添加物质来调控TiO2的形态、晶型、孔径和表面性质等，从而拓宽TiO2的光催化应用领域。
2.2掺杂元素的选择和作用机理
本研究选择了La和Fe作为掺杂元素，分别探究了其对TiO2光催化剂光催化活性的影响。La和Fe元素的掺杂可以改变TiO2的电子结构和表面性质，从而提高TiO2的光催化效率。通过XRD、TEM、EDS、UV-VisDRS等手段对掺杂后的TiO2催化剂进行了表征和分析，证明了掺杂元素的成功引入和掺杂后催化剂的晶相、形态、表面性质的变化。
2.3光催化性能评价
本研究以甲苯为目标污染物，采用光催化反应器对不同掺杂条件下的TiO2催化剂进行了光催化降解实验。结果表明，La、Fe单一掺杂和La、Fe复合掺杂TiO2催化剂的光催化活性均比未掺杂的TiO2催化剂高。其中，La、Fe复合掺杂TiO2催化剂的光催化活性最优，甲苯去除率达到了95%以上。该结果表明，采用掺杂改性方法可以有效提高TiO2光催化剂的效率，具有很好的应用前景。
3.研究展望
本研究仍存在一些问题和不足。例如，掺杂比例和方式的优化、光催化剂的稳定性等问题需要进一步研究。未来，可以探究更多元素掺杂的效应及作用机理，进一步提高TiO2光催化技术的效率和稳定性，推动其在VOCs治理和其他领域的应用。