自然水体的污染已经成为现代社会一个主要的环境问题,尤其是印染工业,由于其产生的染料废水以及其他难处理的物质,被列为最具有污染性的工业之一,而印染工业逐年增加的废水排放量更是使环境污染问题变得异常严峻。染料废水色度高、难降解、毒性大,对人体有潜在的致癌性,传统的水处理法处理难度比较大。半导体TiO₂的优点是化学性质稳定、没有毒性、来源广泛并且成本低廉,被认为是21世纪最具研发价值的光催化剂材料。然而,TiO₂自身的缺陷也很明显,电子跃迁的带隙能较高（3.2 eV）,仅仅在紫外光下才会有活性,对太阳光的利用率低,同时光生电子和空穴对也有较高的复合率,这严重制约了TiO₂光催化剂的广泛使用。近年来,有研究证明非金属掺杂或者与其他材料复合可以拓宽TiO₂的光响应范围,以及提高光生电子和空穴对的效率。本文使用N元素掺杂,并将掺杂后的TiO₂与Ag纳米粒子以及氧化石墨烯复合,此后用XRD、XPS、SEM、TEM、FT-IR、Uv-Vis DRS等对样品的结构、形貌、光学性能进行了表征测试,旨在从多元化的角度提高纳米TiO₂的光催化性能。使用溶剂热法,以钛酸四丁酯为钛源前驱体,以乙二胺为氮源合成了粒径在20 nm左右的N-TiO₂纳米颗粒,并研究其作为光催化剂降解甲基橙的性能。随后,通过对甲基橙浓度、催化剂投加量、pH值等不同因素对光催化性能的影响探究,确定了最佳工况条件:甲基橙浓度为20 mg/L,催化剂投加量为200 mg/L,pH值为3。比较了N-TiO₂、纯TiO₂以及TiO₂ P25在相同条件下的光催化性能,实验结果证明本文所合成的N-TiO₂性能最佳。采用聚乙二醇法合成了直径为100 nm的Ag纳米粒子,采用改进的Hummers法合成了氧化石墨烯（GO）,并以N-TiO₂为基本单元,合成了Ag/N-TiO₂、GO/N-TiO₂复合纳米光催化剂。在相同的工况条件、紫外光条件下测试了其对甲基橙的光催化降解性能,同时探究了氧化石墨烯负载量对光催化性能的影响。实验表明,通过与其他材料复合,可以促进光生载流子的分离,提高光生电子与空穴对的效率,并抑制了二者的再结合,从而提高光催化性能。此外,在1.5%的氧化石墨烯负载量下,GO/N-TiO₂复合材料的吸附性能与光电性能,具有最卓越的光催化活性。Uv-Vis DRS测试了所制备材料的光响应性能,结果表明,N-TiO₂在可见光下的响应相比于纯TiO₂与TiO₂ P25而言明显提高,其与Ag、氧化石墨烯组成的复合材料又进一步的提升对可见光的响应能力。研究了实验制备的光催化剂材料在可见光条件下的催化性能,并用于模拟有机染料废水（以亚甲基蓝溶液为例）的处理。在相同条件下,400min内TiO₂ P25、纯TiO₂、N-TiO₂、Ag/N-TiO₂以及GO/N-TiO₂的最终降解率分别为15%、32%、89%、99%和97%,这表明复合材料可以明显得提高可见光条件下的光催化性能。综上所述,对TiO₂的N掺杂改性以及与其他不同材料复合都能在很大程度上提高其催化性能,而当两种方式同时使用的时候,其光催化性能又有了进一步的飞跃。这种对TiO₂多元化的修饰所制备出的材料具有优秀的光催化性能,可以显著改善目前的染料废水的处理现状,减轻印染工业对环境污染的压力,同时也为半导体催化剂材料的改性与复合开拓了视野,提供了新的思路。