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众所周知,TiO2因其化学稳定性高、廉价、环境友好等优点受到光催化研究者的青睐。利用TiO2光催化降解气相有机污染物具有良好的空气净化应用前景。但TiO2降解芳烃类化合物的效率偏低,是制约该技术走向实际应用的主要问题。在众多提高TiO2光催化效率的尝试中,晶面调控的方法引起了极大的关注,基于晶面调控开展的光催化剂活性和表/界面-环境的原位表征成为研究焦点。在本论文中,我们成功制备了一系列不同晶面暴露比的含有{001}和{101)晶面的TiO2,利用搭建的气相光催化原位漫反射红外光谱(DRIFTS)装置研究了TiO2{001}和{101}两种不同晶面结构与吸附、光催化降解气相甲苯活性的关系。我们发现高暴露{001}面的TiO2吸附甲苯的能力要优于高暴露{101}面的TiO2。出现这种差异的主要原因是TiO2{001}和{101}面的表面结构不同：{001)面含有几乎100%的不饱和五配位Ti原子,这些原子表面的吸附水更容易发生化学解离形成端面Ti-OH羟基群,为甲苯提供更多的活性吸附位；而{101}面只有50%的五配位Ti原子,吸附了较多的Ti-OH2羟基群,对甲苯的吸附能力相比之下较弱。在光催化降解方面,高暴露{001}面的TiO2在1小时内降解甲苯(初始浓度为500ppm)的效率约为高暴露{101}面的TiO2的六倍。结合理论计算的结果,我们认为高暴露{001}面的Ti02优异的光催化降解性能主要由三方面的协同作用决定：首先,{001}面可以提供更多的活性吸附位；其次甲苯在{001}面上的吸附能比在{101}面上更低；再次,{001}面上保留的自由吸附水可以在光催化降解的过程中不断地进行化学解离并与光生空穴作用形成高活性的-OH,有助于促进气相甲苯的降解。本文利用原位DRIFTS直接观察了不同暴露晶面的纳米TiO2对气相甲苯的吸附,揭示了不同晶面对TiO2吸附、光催化降解气相甲苯影响的机制,这一工作表明晶面调控是提高TiO2光催化降解VOCs活性的重要手段之一,通过进一步研究有望在空气净化方面更有效地发挥作用。