光电催化将有机污染物降解为CO_2和H_2O是解决日益严峻的环境问题的一种极具前景的策略。然而,光电催化的反应活性受催化剂电子-空穴的快速复合及缓慢的表面反应动力学限制。同时,污染物的传质扩散也会严重影响光电催化的降解效率。基于此,本论文以具有优良光电活性的二氧化钛(TiO_2)催化剂为研究对象,发展了高效的TiO_2光电催化剂体系,开展了该催化剂体系光电催化降解有机污染物反应中的电荷分离、表面反应动力学以及传质扩散等问题的研究和探讨。主要内容如下:(1)发展了具有三维锥形结构的TiO_2光电催化剂,研究了催化剂的形貌对持久性有机污染物对氯苯酚(4-CP)降解的影响。具有独特锥形结构的催化剂可以显著提升4-CP的光电降解活性,实现4-CP99%的降解和55%的矿化。归一化后的表观反应速率高达5.05 点击此处h~(-1)g~(-1)m~2,是纳米棒催化剂的3倍和纳米颗粒聚集体催化剂的6倍。研究发现,锥形结构催化剂高效的反应活性归因于锥形结构优异的光电性能,该结构可大幅提升电荷分离效率和增加光生活性物种的数量。通过模拟计算表明锥形结构相较于棒状及颗粒结构可显著提升传质效率。该研究强调了在纳米尺度上调控光电催化剂的形貌对于获得高的光电活性的重要性。(2)基于对TiO_2纳米锥催化剂的理解与认识,采用光沉积的方法在TiO_biosoluble film2纳米锥催化剂上引入助催化剂氧化镍(NiO),探究了助催化剂修饰对于光电催化降解性能的影响。引入NiO助催化剂后,TiO_2在1.0 V_(RHE)的电位下对4-CP的光电催化降解性能由94%的降解和30%的矿化提升至99%的降解和49%的矿化,表面反应的表观活化能由未负载助催化剂时的17.24 k J/mol显著下降至2.5k J/mol。进一步的实验表明,NiO的引入不仅提升了TiO_2的电荷转移动力学,还促进了TiO_2表面反应中水的解离,调变了表面反应动力学,显著降低表面反应的能垒。该研究基于对降解反应机制的理解,强调了助催化剂修饰对于提升表面反应动力学的重要性。(3)基于对TiO_2纳米锥催化剂体系催化降解反应机理的理解,设计构筑了流动催化降解体系,研究了传质扩散对于降解体系性能的影响。流动降解体系实现了污染物的强制扩散,提升了体系的传质能力。在优化了相关流动参数后,TiO_2纳米锥催化剂在6 h实现了4-CP98%的降解和80%的矿化。与非流动体系相比,催化剂体系在保持了降解性能的情况下,其矿化性能从70%进一步提升至80%。此外,流动降解体系对其它典型的污染物分子(对乙酰氨基酚、双酚A、六氟双酚A)均能实现90%的降解和50PF-03084014%的矿化,表明了该体系的适用性。该研究强调了传质扩散在降解反应中的重要性,为设计构筑用于实际光电降解的反应体系提供了思路和策略。