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纳米结构TiO2作为一种重要的无机半导体功能材料,以其良好的化学稳定性、热稳定性、无毒和低成本等优点在光催化领域广受关注,并被广泛地应用于太阳能电池、生物材料、气敏材料等领域。与TiO2纳米颗粒薄膜相比,TiO2纳米管阵列有良好的电荷传输性和高比表面积,表现出优良的光电转化和光催化性能。但是,TiO2纳米管阵列的应用仍受两个主要因素的限制。一是,TiO2的禁带宽度较大（锐钛矿TiO2纳米管阵列的禁带宽度为3.2 eV,只能吸收波长小于387 nm的紫外光）,不能有效地吸收太阳光中占大部分能量的可见光;二是,TiO2纳米管阵列中光生电子-空穴对的复合率相对较高,由此导致光生载流子的寿命较短,光电转换效率和量子效率也比较低。为了增强TiO2纳米管阵列的可见光响应并提高量子效率以充分利用太阳能,科研工作者们一直在探索提高TiO2纳米管阵列光催化性能的方法。针对TiO2纳米管阵列光催化领域存在的问题,本工作旨在通过半导体复合的方法拓展TiO2纳米管阵列的光谱响应范围,同时通过异质结的构筑来抑制光生电子-空穴对的复合,提高量子效率,促进TiO2纳米管阵列在可见光光电催化分解水制氢和光催化降解有机污染物领域的应用。主要工作及研究进展如下:1.应用水热法和化学浴循环浸渍法先后在TiO2纳米管阵列表面沉积“花状”TiO2纳米棒和CdS量子点,制得了 CdS量子点/TiO2纳米棒/TiO2纳米管阵列复合电极。光电解水制氢结果表明,复合电极在400～700 nm的波长范围具有强的光吸收,可见光照射下的光电流和光电催化产氢速率明显提高,其产氢速率比纯TiO2纳米管阵列提高了 13倍,比CdS量子点敏化的TiO2纳米管阵列提高了 2倍。这是因为“花状”TiO2纳米棒层大大增加了CdS量子点的沉积量。而且,在Na2S和Na2SO3的保护下,复合电极具有良好的产氢稳定性。2.应用水热法制得了LaFeO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列。紫外可见光漫反射光谱显示,LaFeO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列的光吸收带边明显红移至约540 nm处,表明样品在可见光区有很好的响应。光致发光测试结果表明,修饰的LaFeO3纳米颗粒抑制了 TiO2纳米管阵列的光生电子-空穴对的复合,有效延长了光生载流子的寿命。可见光光催化降解亚甲基蓝的结果表明,LaFeO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列的光催化活性较纯TiO2纳米管阵列明显提高,水热反应12 h制得的LaFeO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列具有最高的光催化降解速率,其光催化活性较TiO2纳米管阵列提高了2倍。3.应用共沉淀法制得了LaCoO3纳米颗粒粉末,并应用超声辅助浸渍的方法在TiO2纳米管阵列表面修饰了分布均匀的LaCoO3纳米颗粒,获得LaCoO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列。结果表明,经LaCoO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列的吸收带边扩展至720 nm,其光催化活性较纯TiO2纳米管阵列明显提高。超声辅助浸渍2 h制得的LaCoO3纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列具有最优的可见光光催化活性,对亚甲基蓝的降解速率较TiO2纳米管阵列提高了 2倍。