文献综述
一、课题研究的意义和价值
随着工业的快速发展，越来越多难以被环境的自净作用所降解的有毒污染物不断进入到环境体系中，环境污染日益严重，威胁着人类的生存与发展，更加影响着人类的健康。光催化技术由于其成本低廉、操作简便、无二次污染而备受关注，它基于先进的纳米技术，能有效利用光能，通过有效活化环境中分子氧的方法产生活性氧物质，破坏并消除甲基橙等低浓度的环境污染物质，是控制环境污染最具前景的手段之一。
由于价廉易得、催化活性好、化学稳定性高、安全无毒等特点，对于光降解环境中的有机污染物和毒物具有广阔的应用前景。而对二氧化钛进行改性制备CdS/ TiO2复合粒子，其优点是通过改变粒子的大小，可以很容易地调节半导体的带隙和光谱吸收范围；半导体微粒的光吸收呈带边形，有利于太阳光的有效采集；通过粒子的表面改性可以增加其光稳定性。半导体半导体复合通常是由两种或两种以上不同带隙的半导体复合而成，复合体系具有一定的微观结构，且其光化学、光物理方面的性质都会发生很大改变。
二、课题研究的现状及发展趋势
纳米二氧化钛颗粒具有特殊的表面效应、量子效应和尺寸效应，化学活性高，耐热性和腐蚀性良好，可作性能优良的催化剂、催化剂载体和吸附剂。纳米二氧化钛以其优异的性能，在废水处理、空气净化、抗菌、自洁材料等领域得到广泛的应用，在食品包装、日用品、纺织品等方面也有应用。
二氧化钛属于 n 型半导体，锐钛矿相二氧化钛的禁带宽度为 3.2eV，二氧化钛光催化所需入射光最大波长为 388.5nm。当紫外光（hnu;ge;3.2eV，即波长小于 388.5nm 的紫外光）照射到半导体二氧化钛微粒时，其价带电子被激发会跃迁到导带，同时在价带上会产生相应的空穴，形成光生电子空穴对。由于半导体催化剂粒子中存在大量的缺陷和悬键（没有和周围的单质原子成键的电子），能捕获电子和空穴并阻止电子和空穴的重新复合，使电子与空穴有效地分离并迁移到二氧化钛颗粒表面的不同位置。
光生空穴有很强的得电子能力，可以将吸附在二氧化钛颗粒表面的氢氧根离子和水分子 氧化成羟基自由基（·OH）。某些有机物的氧化位能较二氧化钛的价带电位更负一些，可以直接被光生空穴氧化。光生电子有很强的还原能力，可以将水中的溶解氧还原，反应中生成超氧离子自由基（·O-2）、氢过氧自由基（HO2·）和过氧化氢等物质，过氧化氢进一步反应生成羟基自由基（·OH）。反应过程中生成的·O-2、HO2·和·OH 都是氧化性很强的活泼自由基，能将各种有机物直接氧成 CO2和 H2O 等无机小分子，同时由于他们的氧化能力强，使氧化反应一般不停留在中间阶段，不产生中间产物。对于纳米二氧化钛光催化剂，除了对入射光波长范围有特殊要求外，对于半导体粒径大小及粒径分布的要求，也是发生高效率催化氧化-还原反应的重要条件。当纳米二氧化钛的例子直径介于 1~100nm 时，纳米粒子表现出良好的表面效应，量子效应和尺寸效应，发生光催化氧化-还原反应的效率的就更高。但是具有较宽的能带间隙（锐钛矿相3.2eV）,只能用紫外光源激发，对太阳光的利用率只有3%-5%，极大的限制了的应用。因此通过对进行改性，扩展其对太阳光的响应范围，提高太阳光的利用率成为研究热点。目前常用的方法有光敏化、贵金属沉积、离子掺杂改性、复合半导体等。半导体CdS的禁带宽度为2.42eV，激发波长小于或等于495nm，对太阳光具有良好的吸收效 果。但单一的CdS催化性能并不理想，由于其光生电子和空穴复合能力太强，稳定性差。复合的CdS/ TiO2融合了TiO2 和 CdS各自的优点，稳定性好并且对太阳光的响应度高。在太阳光的照射下，由于 CdS的导带能位比高，CdS上受激产生的光生电子转移到了TiO2的导带上，而光生空穴却留在了 CdS的价带上，实现光生电子和空穴的有效分离，从而提高了光催化效率。
甲基橙是含苯环的难降解的一种有机污染物，主要用于酸碱指示剂。甲基橙化学式为 SNa，一般为橙黄色粉末，在中性或碱性溶液中是以磺酸钠盐的形式存在，在酸性溶液中转化为磺酸，这样酸性的磺酸基就与分子内的碱性二甲氨基形成对二甲氨基苯基偶氮苯磺酸的内盐型式（成对醌结构），成为一个含有对位醌式结构的共轭体系，所以颜色随之改变。
用甲基橙作为二氧化钛降解的目标污染物，一方面是甲基橙是一种酸碱指示剂，在被降解的过程中颜色显色变化较为明显，可以用较为简单的紫外分光光度计即可测量其浓度的变化，进而可判断出降解效果；另一方面，选择降解的目标污染物是作为所制备的 TiO2光催化效果优劣的参考。称取一定量制备得到的纳米二氧化钛粉末，加入一定浓度的甲基橙溶液中，恒温搅拌 30min，超声 30min，然后置于紫外光灯或可见光（氙灯模拟太阳光）下照射，每隔一段时间段取样离心，取离心后的上清液测其吸光度，与原甲基橙溶液的吸光度进行对比，其差值与原溶液的吸光度的比值为二氧化钛在该事件段内对该浓度下甲基橙溶液的降解率。紫外灯管波长为 200-400nm，长弧氙灯的波长为 350-800nm，二氧化钛的带隙能为3.2eV，硫化镉的带隙能为 2.5eV，最大吸收波长为 497.2nm，可以激发二氧化钛和硫化镉的价带电子跃迁形成光电子空穴。
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