二氧化钛（TiO₂）作为一种优良的明星无机半导体材料,广泛应用于一些光致诱导的应用过程。然而,其3.0 eV-3.2 eV的能隙宽度使其只能对紫外波段的入射光有响应,对于可见光却无法有效利用。因此,这就需要对TiO₂材料进行修饰改性,以减小整个体系的能隙宽度,选择合适的敏化修饰材料以及通过设计体系的形貌结构来提升光子的吸收效率对该体系十分重要。另外,等离子基元材料由于其独特的局域表面等离子体性质,近年来获得了广泛的研究和应用,其中金纳米棒由于其长径比可调的特性,具有很大的吸收峰浮动范围,成为其中的研究热点。在此基础上,对于金纳米棒的光催化性质的研究和应用具有十分重要的意义,本文从以下几个方面开展了相关工作：1、设计并采用石墨烯量子点（Graphene quantum dots, GQDs）敏化二氧化钛纳米纤维,GQDs的能隙宽度经循环伏安法测量仅为1.15 eV,可以直接吸收可见光光子,将其转化为电子传输到二氧化钛导带,最终形成光电流。本文具体研究了各反应条件对复合材料光电性能的影响,发现混合晶型的二氧化钛作为光阳极材料时比单独的锐钛矿或者金红石型的二氧化钛表现的光电性能更好。另外,GQDs的含氮量越高,体系的光电性能越优越。本文对不同波长的入射光对体系光电性能的影响进行研究,发现只有450nm-480 nm和550 nm以上波长的光子才可以有效提升光电流的数值,并分别对应normalPL和反stokes PL机理。GQDs的存在大大降低了体系的能隙宽度,使得体系对更高波长的光子有响应,从而拓宽了其光电和光伏应用。2、设计并制备了金纳米棒修饰的红毛丹状二氧化钛微球结构,并以罗丹明B的光降解反应作为模型反应来表征该材料的光催化活性。金纳米棒在体系中的作用不仅仅是产生热电子参与反应,其光热效应也提升了降解反应的反应速率。红毛丹状的微球结构被证明可以大幅提升体系的光电和光催化活性,红毛丹状纳米微球表面均匀分布的TiO₂多枝结构给了光子在TiO₂微球表面多次反射的机会,从而增进了光子的吸收效率,进而提升了羟基自由基的产量和光热效应的效果。与纳米线状结构比较,在负载了金纳米棒以后,其作为光催化剂单位时间内所生成的可用于产生羟基自由基的热电子为后者负载金纳米棒后产生的2.5倍,负载在其上的金纳米棒单个的平均发热功率是其4.4倍。另外,负载金纳米棒后,由于罗丹明B在TiO₂微球表面的吸附方式的改变,其降解路径变为优先进行脱乙基反应的反应方式。这种全新的形貌设计为光催化剂的研究和发展提供了一个新的思维方式。3、选用经典的种子法制备金纳米棒,并研究了各反应条件的改变对金棒长径比的影响。在种子法制备的金纳米棒的基础上,采用第二步的生长法制备得到了具备凹凸结构的哑铃型的金纳米棒结构。本文引用了一个θ值的概念来代表该结构的凹凸程度,这个值随第二步法金离子的加入量的增大而首先增大,达到一个极值后随后减小。以对硝基苯酚的还原反应作为模型反应,哑铃型金纳米的催化活性与直棒相比优势明显,并且其光催化活性与θ值的大小相对应,并在可见光照射时活性更高。这种表面改性的金纳米棒为金纳米棒催化剂的应用和发展提供了一个新的方向。4、采用哑铃型金纳米棒作为光催化剂来还原氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）片层制备还原氧化石墨烯（Reduced graphene oxide, RGO）, LSPR作用使金纳米棒在可见光照射下产生热电子,在反应中同时起到了催化剂和造孔剂的作用。与金纳米棒接触的GO总是首先开始破裂并发生反应,并最终将GO片层切割成一片一片的小块的RGO片。该方法制备RGO方便快捷、效率极高,生成得到的RGO相较与别的方法制备得到的RGO缺陷和无序结构更多。在此方法基础上制备的金／石墨烯／二氧化钛的复合材料体系具备很高的催化活性。这类光催化还原石墨烯并制备复合材料的方法展现了一个更高效及绿色的发展方向。