当今,河流污染日益严重,有害微生物无处不在。降解有害物质,抑制细菌生长,治理河流污染,净化生活环境,关乎人类的存亡。光触媒材料通过光催化效应能够有效降解污染物并抑制甚至杀灭细菌,纳米TiO₂因为其催化活性高而被广泛利用。然而,目前纳米TiO₂材料易团聚,因为其纳米毒性而不能用于自然水体的处理,而且其仅能利用自然光中的紫外光和短波可见光,对于占自然光中约40%的红外光不能有效加以利用,其光催化效率大打折扣。本研究针对纳米TiO₂的上述缺点,通过PMMA模板法制备了具有纳米级缺陷的微米级阵列多孔TiO₂,将其与普通溶胶凝胶型TiO₂的形貌结构、吸附能力和光催化能力进行了分析比较。并通过水热法制备了上转换氟化钙纳米晶,将其与多孔TiO₂成功复合得到六种不同复合比的TiO₂/（CaY）F₂:Tm³⁺,Yb³⁺新型光触媒复合材料,研究分析了材料的组成和结构,并将复合材料放在980 nm近红外光下降解甲基橙来研究TiO₂/（CaY）F₂:Tm³⁺,Yb³⁺复合材料的光催化性能,讨论了复合材料中TiO₂与（CaY）F₂:Tm³⁺,Yb³⁺的不同复合比对其光催化性能的影响,并对其抑菌性进行了研究。最后,将阵列多孔TiO₂的制备实验放大,探究其实现批量生产的可能性。成功制备了1公斤阵列多孔TiO₂,估计了成本,分析了其成分和形貌,并将其按2:1与纳米晶复合,对得到的复合材料进行光催化性能探究,并评价了其生物相容性。结果显示:（1）阵列多孔二氧化钛是具有纳米级缺陷且孔径为300 nm左右的微米级二氧化钛,消除了纳米二氧化钛的毒性和团聚性,且阵列多孔二氧化钛内部孔与孔之间连通,增强了传质效率和吸附能力。阵列多孔TiO₂在主峰为365 nm功率为170 W的紫外灯下光催化降解甲基橙,10 h后降解率为85%,而普通溶胶-凝胶TiO₂的降解率仅为70%,阵列多孔TiO₂光催化能力大大提升;（2）在主峰为980 nm功率为275 W的红外灯照射下,阵列多孔二氧化钛负载（CaY）F₂:Tm³⁺,Yb³⁺纳米晶复合材料对甲基橙有良好的降解作用,当TiO₂和（CaY）F₂:Tm³⁺,Yb³⁺的质量复合比为2:1时降解效率最高,降解率可达70%。复合比为2:1时的最小抑菌浓度为125 ppm,抑菌率可达90%;（3）实验放大后2:1复合材料对甲基橙的降解率为可达65%,且没有细胞毒性。生产1公斤阵列多孔TiO₂成本可控,价格低廉,有实现批量生产的可能。