针对纳米Ti O2晶化度低和表面缺陷多等、氧化物吸附氧气能力差、和氧化物可见光激发的高能电子利用率差等显著影响材料光催化活性的科学问题,通过利用多孔Si O2、磷酸、有机胺和无机氨等对初级纳米晶Ti O2的表面束缚策略,可控地实现了同时具有高结晶度、大比表面积和小粒子尺寸等结构特征的系列锐钛矿为主的Ti O2基纳米材料的合成;利用磷酸、氢氟酸和硼酸等无机酸表面修饰策略提高了纳米氧化物如Ti O2和Fe2O3等和纳米结构晶态碳如纳米管和石墨烯等对氧气的吸附;又利用宽带隙纳米氧化物如Ti O2和Zn O等复合改性可见光响应的纳米氧化物如Fe2O3和Bi VO4等,显著地提高了可见光激发的高能电子的利用率。通过以上策略,研发了系列高活性的氧化物基半导体等光催化纳米材料。同时,重点利用气氛可控的和时间分辨的表面光伏技术、瞬态吸收光谱、光电化学测试、氧气程序升温脱附和羟基自由基测试等,深入地揭示了所采用的以上策略显著地改善了材料光生电荷分离状况的关键机制。这将为进一步发展高活性的光催化纳米材料等提供理论上和实践上的依据。