自从Fujishima和Honda[1]发现TiO2光解水制氢以来,TiO2光催化领域的研究已经取得了很大的进展,但长期以来一直存在的问题之一就是,在紫外光照射下,掺杂元素的引入会产生更多的光生电子和空穴复合中心,虽然掺杂后的催化剂可见光活性提高了,但其紫外光下的活性却大大降低。而Ti3+在TiO2的光催化过程中作为一种比较理想的活性中心,成为近年来光催化领域的研究热点。本文制备了一系列Ti3+自掺杂改性TiO2光催化剂,并成功应用于光催化领域。比如,采用简单的一步低温真空活化法成功对P25 等半导体进行Ti3+自掺杂改性,改性后的光催化剂具有高的可见光降解有机污染物的能力,以及优异的光解水制氢性能(图1a)[2]；以廉价的硼氢化钠为还原剂,采用一步水热法成功制备了Ti3+掺杂TiO2[3],研究发现,随着Ti3+掺杂浓度的提高(图1b),其可见光活性大大提高,但其紫外光活性并没有出现降低的趋势,这说明高浓度的Ti3+不会引入电子空穴的复合中心。此外,本文还对Ti3+掺杂TiO2进行了进一步的改性,以大大提高其光催化活性。比如,采用低温真空活化等方法,制备Ti3+与C、N、F等非金属元素共掺杂改性TiO2光催化剂(图1c)[3],并研究Ti3+与不同元素之间的协同作用；将制备的Ti3+掺杂TiO2进一步与石墨烯进行复合[4,5],以提高光生电子的转移效率。经过上述一系列改性以后,Ti3+掺杂TiO2表现出更高的光催化降解有机污染物及光解水制氢的性能(图1d)。