氨气（NH3）是室内和大气中的重要污染气体，严重危害人体健康和环境，因此研究氨气净化技术具有重要意义。光催化氧化方法是已被报道的一种有效净化 NH3的手段，具有在室温和光照下即能净化  NH3的优点，有很好的应用前景。目前调控TiO2的结构用于光催化氧化NH3的研究较少，多集中于元素掺杂改性，晶面调控近年来被证明是一种提高光催化反应效率的有效手段，广泛用于光催化制氢、降解有机污染物、CO2还原等；另外，目前光催化氧化NH3的研究均在紫外光下进行，没有可见光下氧化NH3的相关研究。因此，本论文旨在探究调控TiO2的表面结构对光催化氧化NH3活性的影响，进而研究光催化氧化NH3的反应机理，并在此基础上尝试开发可见光下能氧化 NH3的光催化剂。
    首先，NO2（T001、T101、T010），对比了它们光催化氧化  NH3活性的差别。活性顺序为T001 > T101 > T010。XRD、SEM、TEM等手段表征了催化剂的基本结构，制备的 T001、T101、T010均是锐钛矿相，形貌分别是纳米片、纳米八面体和纳米棒。通过 UV-vis、VB-XPS表征了催化剂的能带结构，认为能带结构差异不是活性差别的主要原因；DRIFTS表征发现   T001表面光生电子和空穴的分离效率最高，从而 T001具有最佳反应活性。光催化氧化NH3的产物主要是  N2和表面少量硝酸盐，可能的反应机理是原位 SCR机理，首先氧化NH3生成中间物种NOx，最后NOx原位与NH3反应生成最终的产物 N2和  H2O。
    其次，考察了 TiO2 {001}和{101}面上有 F和无F时对光催化氧化NH3活性的影响。结果显示TiO2的{001}面与F协同提高了光催化氧化  NH3活性，而{101}面与 F无协同效应。XPS结果显示表面F是以≡Ti-F结构形式存在，而没有进入晶格中。XRD、SEM等手段表明去  F或加  F对催化剂的晶型和形貌均无影响。DRIFTS表征结果表明{001}面与F协同促进了光生空穴迁移至表面将表面吸附的H2O氧化，而{101}面上有  F或无  F时均无法氧化  H2O。DFT理论计算的结果表明光生电子活化 O2无法直接将  NH3氧化，推断光生空穴是直接氧化 NH3的主要活性物种。{001}面与 F表现协同效应的原因表现在：一方面{001}面提供捕获空穴的位点；另一方面 F在表面形成负电场而吸引空穴，协同促进空穴迁移至表面，进而有利于光催化氧化 NH3的进行。
    再次，研究了 TiO2{001}面上有 F时光催化氧化  NH3的失活现象。活性评价结果显示{001}面上有 F时活性缓慢下降，而{001}面无  F时活性保持稳定。XRD、SEM、TEM、XPS等结构表征结果显示  F-TiO2反应前后催化剂的晶型、形貌、能带等结构均无变化。离子色谱表征发现表面有 F时反应后积累的硝酸盐更多，ESR表征结果显示表面有F时促进产生•OH，反应后的F-TiO2产生•OH的能力大大降低。 •OH有利于中间产物转化为硝酸盐，但硝酸盐的积累具有抑制生成•OH的效应，从而对活性有一个负反馈，造成活性缓慢下降。
    最后，尝试进行了可见光下光催化氧化 NH3的研究，选择了不同能带结构的半导体材料（TiO2、N-TiO2、g-C3N4和  Ag3PO4），发现 Ag3PO4具有优异的可见光催化氧化NH3的活性。通过各种表征手段，进一步证明了空穴氧化NH3生成•NH2是可见光下  NH3氧化的关键步骤，Ag3PO4具有可见光下氧化NH3活性的原因是它的价带位置较低，对应的空穴氧化能力强；而 N-TiO2和g-C3N4由于价带位置高，对应的空穴氧化能力差而无法氧化 NH3。