二氧化钛（TiO₂）纳米材料因其成本低、环境友好、光腐蚀性强等优势,被广泛应用于光催化、太阳能电池、生物传感器、锂离子电池等领域。然而,由于TiO₂带隙较宽（锐钛矿³.2 eV,金红石³.0 eV）,使其只能吸收太阳光的紫外光部分（小于5%）,对光的利用效率低,其固有宽带隙特性限制了它的应用。拓展TiO₂纳米材料的光吸收特性已被证明是可以提高其光催化活性的有效途径。研究表明,氢化策略可以将TiO₂带隙减小到1.5 eV左右,并使其颜色由白色变为黑色,拓展光响应范围到可见光/近红外光区,提高了可见光催化性能和光热转换能力。尽管黑二氧化钛有较好的光吸收性能,但是黑二氧化钛（b-TiO₂）中有大量的复合中心存在,导致单组分的黑二氧化钛仍不能达到预期的光催化性能。此外,催化剂的回收再利用的问题是悬浮体系急需解决的难题。本文针对以上的问题对黑二氧化钛的复合体系进行了设计合成及性能研究,主要分为以下三个方面:1.以介孔黑二氧化钛空心球为宿主,采用金属离子介入水热法和常压高温加氢工艺,制备了缺陷工程的磁性γ-Fe₂O₃超薄纳米片/介孔黑TiO₂空心球异质结复合体（γ-Fe₂O₃/b-TiO₂）,并对其光催化降解抗生素四环素的活性进行了研究。α-Fe₂O₃纳米片经表面加氢后,转化为γ-Fe₂O₃超薄纳米片（⁶ nm）。超薄纳米片结构有利于光生电荷载流子的扩散和输运。在模拟太阳光AM 1.5辐照下,γ-Fe₂O₃/b-TiO₂光催化降解生物毒性四环素的表观速率常数k是b-TiO₂的1.6倍。最后,采用高效液相色谱与质谱联用测试,提出了光催化降解机理。2.采用冷冻干燥、铸造成型和表面加氢策略制备了自浮Ag@b-TiO₂复合体。利用可见光下Ag的局域表面等离子体共振效应产生的电磁“热点”效应,结合黑二氧化钛表面的非晶态结构可以有效扩大光吸收范围,并利用Ag、b-TiO₂的协同作用,显著提高的光热转效率。这种具有优异的光热转换性能的、新型轻质自浮Ag@b-TiO₂在太阳能蒸汽发电、生活污水处理和海水淡化等领域具有广阔的提供了新的思路。3.尽管Ag@b-TiO₂具有相比与b-TiO₂来说,对光的吸收效率已经明显提高,尤其是在可见光范围内,出现了明显的Ag的等离子吸收振动峰。但是,仅靠Ag与b-TiO₂协同作用想要达到全光谱吸收是很难实现的。因此,在Ag@b-TiO₂复合系中在进一步引入无定形碳,我们采用冷冻干燥的技术制备了一种具有三维宏观介孔结构的新型光热催化剂“Ag@黑色TiO₂/碳复合体系（即Ag@b-TiO₂/Carbon）”,并结合铸造成型技术和高温表面加氢制备了由Ag、b-TiO₂、无定形碳三者协同作用的高效率的光热催化剂。具有全光谱吸收特性,多孔结构、局部表面等离子体共振放热等优点。更重要的是,非晶态碳的引入促进光的吸收、电子的弛豫散热。在1kW m^-2太阳光照射下,Ag@b-TiO₂/Carbon接收器的太阳能蒸汽产生效率可达94%以上。在模拟阳光辐照下,光热脱盐效率高达99.8%。并对含有四环素生活污水进行了降解性能测试,发现其具有在生活污水回收在利用方面有实现实际应用的潜力。这种合理设计的三维复合结构为等离子体自浮纳米材料的太阳能收集、化学分离及相关技术提供了一种新的策略,为等离子体自浮光热协同效应在光热转换中的合成策略提供了新的思路。