影响人类社会可持续发展的能源短缺和环境污染问题已越来越严重,因此处理好能源与环境问题是实现可持续发展的必由之路。光催化技术可以与太阳能结合实现能量转换,将太阳能转化为可以利用的化学能,如光解水制取氢气、CO₂还原、N₂的转化和有机污染物的降解等。特别是在有机污染物的处理中,光催化与其他方法如物理吸附、化学沉降、生物菌噬相比占有绝对的优势,因为其几乎可以将有机污染物完全转化为水和二氧化碳,不引起二次污染,因此成为了当前研究的热点。本论文从材料的制备、形貌控制和复合入手:第一,使用双氧水氧化TiH₂得到含有Ti³⁺的TiO₂前躯体溶胶,然后在极性不同的有机溶剂中进行溶剂热处理制备不同形貌的Ti³⁺自掺杂TiO₂。第二,利用葡萄糖的还原性,以亚硒酸钠为硒源,制备Se与Ti³⁺自掺杂TiO₂的复合产物,并研究其光催化性能。第三,以TiCl₃为钛源制备Ti³⁺掺杂的TiO₂,并与g-C₃N₄进行复合,制备TiO₂/g-C₃N₄复合材料,研究其对不同化工厂废水的光催化降解情况。论文主要研究内容分述如下:不同形貌的Ti³⁺自掺杂TiO₂的制备及其催化性能研究:以绿色环保的H₂O₂氧化TiH₂获得含有Ti³⁺的前驱体,选用不同的有机溶剂作为反应介质进行溶剂热反应,利用溶剂的极性不同,使得锐钛矿相TiO₂的晶面沿着不同的方向生长,制备得到了不同形貌的Ti³⁺自掺杂的TiO₂,采用多种手段如X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、X-射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等对产物进行表征。结果表明,由于溶剂的极性不同,导致TiO₂的晶面沿不同方向生长,从而制备得到不同形貌的Ti³⁺自掺杂TiO₂。其中以三乙醇胺为溶剂时样品具有较大的比表面积,使得材料具有最好的光催化性能。禁带宽度是决定光吸收效率的重要因素,颗粒尺寸和形貌是污染物分子在表面吸附和光催化降解的重要影响因素。Se/Ti³⁺掺杂的TiO₂复合材料的制备与催化性能研究:首先将低价Ti源TiH₂部分氧化得到含有Ti³⁺的前驱体,然后将作为硒源的Na₂SeO₃和作为还原剂的葡萄糖同时与溶胶混合后水热处理,制备了硒单质与Ti³⁺自掺杂的Se@TiO₂复合材料。采用多种技术手段如XRD、TEM、HRTRM、XPS、UV-vis DRS、瞬态光电流（TPC）和电化学阻抗（EIS）等对制备的样品进行了物相、结构、形貌、光电化学性能的表征。结果表明,采用水热法可有效避免硒的升华,提高复合物中硒的复合量。通过控制Na₂SeO₃的加入量,不仅可以调控复合物中硒的比例,而且对产物的形貌也有重要影响。随着Na₂SeO₃用量的增加,葡萄糖分解产生的多孔碳的数量减少,复合物中Se的含量增加。Se的含量、颗粒的形貌与材料的催化性能关系密切。Se复合的Ti³⁺自掺杂的TiO₂按照Z-型电子和空穴分离机理进行RhB的光催化降解,从而使载流子的分离效率大大提高,因此使得复合材料具有良好的可见光催化性能。Ti³⁺自掺杂TiO₂与g-C₃N₄复合材料的制备与催化性能研究:采用两步高温煅烧结合酸处理得到产率较高的类石墨烯g-C₃N₄纳米片结构。通过热搅拌回流-水热结晶法,以低价的TiCl₃为Ti源,以氮气为保护气制备得到Ti³⁺自掺杂TiO₂/g-C₃N₄异质结构。通过多种技术手段如XRD、TEM、HRTRM、XPS、UV-vis DRS、比表面积分析（BET）等对制备的样品进行物相、结构、形貌、比表面积、光电化学性能等的表征。结果表明:TiO₂/g-C₃N₄异质结的形成可以使得光生电子和空穴快速在异质结的界面分离并转移至催化剂的表面,因此增强了材料的稳定性和光催化性能。当TiO₂与g-C₃N₄质量比为1:2时样品具有最佳的光催化性能,这得益于二者形成了良好的异质结界面结构。对实际废水的处理结果表明,含有单一酚类的污水容易被光催化降解,而其它成分复杂、含盐量高的污水难以被光催化降解,这给光催化在环境治理中的应用提供了一定的证据。