文献综述
人类社会的发展离不开能源，而目前广泛使用的化石燃料除了给千家万户送来电力以外，也带来了大量的环境问题，大气和水中的污染物亟待解决，所剩无几的化石燃料也需要代替品。而半导体光催化技术被认为是解决这两个问题的有效方法之一。自1972年Fujishima和 Honda在《Nature》[1]上发表关于TiO2电极在紫外光下分解水后越来越多的人开始关注光催化的研究。70年代末Frank和Bard[2]发现TiO2在紫外光下氧化降解水中的氰化物，半导体光催化技术在环境保护领域备受关注。而TiO2具有稳定、安全、低成本和光催化性能良好的特点，是一种良好的光催化剂。
目前关于TiO2光催化剂的研究主要集中在改善纯TiO2的吸附性差，电子-空穴复合率高，太阳光利用率低下的情况[3-5]。目前主要采用窄禁带半导体复合、非金属掺杂和贵金属掺杂这三种方法[6-9]。同时尝试其他体貌形态的TiO2以改善其吸附性差的缺点。
相对于块状TiO2，纳米TiO2具备更高的比表面积，而TiO2纳米管还允许电子沿纳米管长轴方向快速传递，减少了光电子的损失[10]。如果制作成TiO2纳米管阵列更是能起到扩大光子吸收频率的作用[11]。
合成TiO2有多种方法常见的有溶胶－凝胶法、水热法、阳极氧化法、气相沉积法。不同的制备方法对产品性能有较大影响[12]。本课题采用水热法制备TiO2纳米管，水热法因能耗低、设备简单、形貌可控等优点而成为研究的热点。水热反应产物的形貌主要有纳米薄片、纳米管、纳米线、纳米棒等[13]，只要控制好反应的温度、pH、加热时间等工艺要素就可以比较简单的合成需要的高比表面积，长轴长的TiO2纳米管。
本课题采用贵金属掺杂法，通过在TiO2上掺杂Au颗粒引发局部表面等离子共振效应（LSPR）[14]增强复合催化剂对太阳光的吸收率，扩大复合催化剂的响应光谱范围。LSPR指金属的自由电子震动频率与外场（例如光）频率相当时产生强烈的共振效应，该效应能够促进光吸收并增强局部电磁场。相对于其他能产生LSPR的贵金属，Au具有较高的功函数，较强的等离子体共振效应，同时具备良好的稳定性[15]。
同时，Au能够作为电荷俘获中心吸收光生电子，金的功函数比TiO2高，当两者接触后，它们表面的电荷会重新分布，TiO2表面的电子会向金表面跃迁，直到两者间的费米能级相等为止。这样，TiO2表面空穴密度增加，与此同时，金表面电子密度增大，这使得在它们之间形成一种特殊的界面，称为肖特基结[16]。肖特基结将电子和空穴分隔于2 个不同结构，有效抑制电子空穴复合，实现电荷的有序迁移，进而提高的光解水性能。实现高效光催化，来进行光解水和污染物降解。
参考文献
[1]ChenX, Shen S, Guo L, et al. Semiconductor-based photocatalytic hydrogen generation[J]. ChemicalReviews, 2010, 110: 6503–6570.
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