目前,能源危机和环境污染日益严重,环保和节能已成为世界性的两大生存主题。自从发现n型半导体TiO₂作为电极发生光电化学反应分解水以来,TiO₂成为半导体光电化学领域的研究热点。然而TiO₂光催化剂在实际应用中存在着只能利用紫外光、量子效率低、纳米粉体难以分离回收等难题。针对这些难题,本论文对TiO₂纳米材料的制备及改性做了探讨性研究,旨在提高TiO₂光催化剂的光生载流子分离效率及拓展光谱响应范围至可见光区。采用溶胶-凝胶过程、静电纺丝技术、水热合成相结合的方法,分别制备了单相TiO₂纳米粒子、二氧化钛/半导体金属氧化物复合纳米纤维光催化材料,并对光催化活性进行了探讨研究,获得了具有一定价值与原创性的研究成果。具体研究内容如下:1.以TiCl₄和C₄H₉OH为原料,利用溶剂热法成功制备了单相TiO₂纳米材料。对C₄H₉OH调控粒子形貌和晶相机理进行探讨。分析认为,TiCl₄与C₄H₉OH的摩尔比是影响TiO₂晶相和形貌的关键因素。在TiCl₄与C₄H₉OH大摩尔比时易形成锐钛矿相TiO₂纳米粒子,而小摩尔比时得到的是金红石相TiO₂纳米棒。以有机染料RB为模拟污染物研究了不同晶相TiO₂纳米材料在紫外光照射下的光催化活性。结果表明:所制备的TiO₂纳米材料比表面积大,晶粒尺寸小和结晶度良好,具有比商用P25更好的紫外光催化活性。2.以静电纺丝技术制备的纯TiO₂纳米纤维为基质,利用水热合成的方法对其纤维表面进行修饰,制备了具有异质结构的TiO₂/CeO₂复合纳米纤维。通过对样品的结构分析初步探讨了异质结的形成机理,并以罗丹明B（RB）的脱色降解为模型反应,考察了样品的光催化性能。结果表明:CeO₂纳米粒子均匀地分布在TiO₂纳米纤维上,通过选用六亚甲基四胺、尿素、氨水等不同的碱源,可有效调控CeO₂纳米粒子的形貌、结构和分布情况。与纯TiO₂相比,复合样品有效地实现了TiO₂光生电子和空穴的分离,增强了体系的量子效率,表现出良好的光催化活性。3.以TiO₂纳米纤维为模板和反应物,用水热法原位合成了具有异质结构的TiO₂/ SrTiO₃复合纳米纤维。通过对样品的结构分析探讨了TiO₂/SrTiO₃异质结的原位生长机制和光催化活性提高机理。以RB为模拟有机污染物进行光催化降解实验。结果表明:SrTiO₃纳米立方体均匀地生长在TiO₂纳米纤维上,制得了SrTiO₃与TiO₂相复合的光催化材料,与纯TiO₂纳米纤维相比光催化活性明显提高。4.通过静电纺丝技术与水热法相结合制备了具有异质结构的TiO₂/Bi₄Ti₃O₁₂复合纳米纤维。研究表明:Bi₄Ti₃O₁₂以纳米片状形貌均匀地生长在TiO₂纳米纤维上,纳米片的起始厚度约为20nm,并随着反应物浓度的增加而变大和增厚。这种片状形貌有效地增加了样品的比表面积,同时由于复合使禁带宽度窄化,引起催化剂吸收带边的红移,使样品在可见光区的吸光强度有所提高。以有机染料罗丹明B为模拟污染物、考察其在在可见光下的光催化性能,发现TiO₂/Bi₄Ti₃O₁₂表现出良好的可见光催化活性,且易于分离、回收和再利用,循环使用5次,RB的脱色率仍保持在97%以上。