针对“双床”光解水析氧过程中光生电子与空穴对分离效率低,导致光解水析氧速率偏低,难于与析氢速率匹配的现状,本研究采用半导体掺杂、半导体复合以及还原气氛处理等多种手段对金红石型TiO₂进行了改性,得到了一系列改性TiO₂析氧用光催化剂,研究了紫外光（或可见光）辐照下,改性TiO₂的光解水析氧性能。首次制备了WO₃复合铌掺杂TiO₂析氧用光催化剂,并考察了WO₃复合浓度对WO₃-TiO₂/Nb₂O₅光催化性能的影响;制备了WO₃、V₂O₅和Fe₂O₃复合的金红石型TiO₂光催化剂,首次考察了不同催化剂复合和同一催化剂不同复合浓度对金红石型TiO₂催化剂光解水析氧性能的影响,探讨了光催化剂的光致发光性能与其析氧活性之间的关系;首次制备了含氧缺位的金红石型TiO₂光催化剂,考察了氧缺位浓度对金红石型TiO₂光催化剂析氧性能的影响,采用量子化学计算方法,研究了含氧缺位金红石型TiO₂的能带结构;首次制备了含氧缺位的2%WO₃-TiO₂光催化剂,考察了氧缺位浓度对2%WO₃-TiO₂催化剂光解水析氧性能的影响。主要研究结果如下:1)WO₃的复合能提高TiO₂/Nb₂O₅的光催化活性,当WO₃复合浓度为2%时,WO₃-TiO₂/Nb₂O₅的光催化活性最高,达到152μmol·l^-1·h^-1,此时WO₃在TiO₂/Nb₂O₅表面刚好达到单层复合。另外,当WO₃复合浓度为2%,Fe³⁺浓度为16·10^-3mol·L^-1,二次处理温度为873K时,WO₃-TiO₂/Nb₂O₅光催化剂光解水析氧速率约为191.7μmol·l^-1·h^-1。光能转化材料器件化简化了光催化反应装置,能适当延长TiO₂光催化剂的使用寿命,简化实验装置,具有较为广阔的前景。2)LRS表明WO₃在TiO₂表面的单层复合浓度为2%,当达到单层复合时,析氧速率最大,在紫外光辐照下2%WO₃-TiO₂催化剂光解水的析氧速率约为420μmol·L^-1·h^-1。根据其透射光谱,采用外推法求出WO₃能隙约为2.78eV。LRS表明V2_O5在TiO₂表面的单层复合浓度约为8%,8%V₂O₅-TiO₂催化剂在紫外光辐照下分解水析氧速率约为110μmol·L^-1·h^-1,在可见光辐照下分解水的析氧速率约为80μmol·L^-1·h^-1。根据其透射光谱,采用外推法求出V₂O₅的能隙约为2.14eV,推导出金红石型TiO₂能隙约为3.08eV。无论是在紫外光还还是在可见光照射下,Fe₂O₃-TiO₂光催化剂都不能分解水析出氧气。光催化剂的FL测试结果显示:光催化剂的光致发光性能并非影响催化剂光催化活性的决定性因素。3)在Ti³⁺含量极少,只有极少量羟基（OH）存在的情况下,适量的氧缺位能显著提高金红石型TiO₂光解水的析氧活性,其最大析氧速率达222μmol·L^-1·h^-1。量子化学计算结果显示:氧缺位能降低半导体带隙能,在带隙中引入中间能级。4)含氧缺位的2.0%WO₃-TiO₂光催化剂的最大析氧速率约为803μmol·L^-1·h^-1。基本与“双床”光解水析氢速率相匹配。