近年来，TiO2由于自身活性高，稳定性好，廉价无毒等优势成为了目前国际上研究的热点，广泛应用于光催化降解有机污染物和合成氢气、甲烷等能源物质，被誉为下一代最具潜力的光电功能材料之一。然而，TiO2由于禁带宽度较大（金红石:3.0 eV;锐钛矿:3.2 eV），在可见光区域几乎没有吸收，对太阳能利用效率较低，同时自身的光生电子和空穴复合效率较高，造成了其较低的可见光催化活性。因此，本论文针对以上原因，采用掺杂、复合等方法对TiO2基光催化剂进行了改性，并深入研究了其光催化机理。主要的研究内容如下:　　1、通过溶胶凝胶法制备了具有可见光响应的In和B双掺杂TiO2基可见光催化剂。通过X射线电子衍射谱(XRD)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等分析测试技术对催化剂的结构和性质进行了表征。结果表明，B主要以间隙式掺杂进入TiO2晶格内部，而In在表面形成O-In-Clx(x=1或者2)结构。由于间隙式掺杂的B2p与晶格中O2p轨道杂化，In和B双掺杂TiO2样品的禁带宽度相对于纯TiO2减小。与此同时，O-In-Clx物种在导带下0.4 eV形成了表面能级，极大的增强了样品在可见光区域的吸收，并促进了光生载流子的分离。在可见光和紫外光照射下，双掺杂样品比纯TiO2，B掺杂TiO2和In掺杂TiO2显示了更好的光催化活性。　　2、通过溶胶凝胶法制备了一种新型硼酸铟（InBO3）复合N修饰二氧化钛(N-TiO2)复合催化剂。结果表明，N-TiO2/InBO3复合催化剂在紫外光和可见光照射下都显示出了极好的光催化活性。活性的提高是由于界面的形成，NOx和InBO3物种的引入。这些结果为设计和制备高活性高效率光电功能材料提供了良好的示范。　　3、基于密度泛函理论(DFT)对二氧化钛(TiO2)纳米粒子、纳米管和纳米片的结构模型进行了理论计算，得到了其能带结构和态密度，并预测了其可能的光催化活性。并通过实验方法得到了三种形貌的TiO2纳米粒子，纳米管和纳米片。通过实验验证，得知纳米管的光催化活性好于纳米粒子，低于纳米片，与理论预测结果保持一致。禁带宽度的增加是由于量子限域效应;由于纳米结构的特殊形貌延长了光生载流子的寿命，并增加了催化剂的比表面积。和纳米粒子相比，这些因素使得具有纳米结构的TiO2显示出了更好的光催化活性。　　4、我们通过理论计算预测了N掺杂ZrO2禁带宽度会减小，可能与TiO2在界面上形成一种能级匹配。为此，在实验上制备了一种N取代式掺杂的禁带宽度减小的ZrO2样品(ZrO2-xNx)。由于掺杂能级的引入和电子在界面的跃迁，促进了复合催化剂的可见光吸收以及光生电子和空穴的分离。这种TiO2-N/ZrO2-xNx复合催化剂表现出了极强的可见光催化活性。　　5、目前主要通过掺杂或者敏化等方法来提升催化剂对可见光的利用效率，以提高催化剂的光催化活性。而我们提出了一种全新不同的理念，将交互耦合反应的Pd的化学催化引入到光催化反应中。Ni掺杂TiO2的表面O-Pd-Cl物种起到了化学催化中相同的作用，提高了催化剂在可见光照射下的光催化活性。例如，Pd/Ni-TiO2催化剂的催化活性大概是N-TiO2样品的3～9倍多（4-XP降解物;420nm截止滤光片）。这种具有催化活性的Pd(0)是由Ni掺杂TiO2的光生电子还原得到的。这种高效稳定的Pd催化或者其它化学催化，有助于将光催化应用到实际中去。