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光催化技术是利用光催化材料实现光源激发催化降解有机物的一项高级氧化技术,在环境污染的控制与治理中起着重要的作用。二氧化钛作为一种典型的的紫外光催化材料,在应用中存在对自然光源的利用率低(因为紫外光谱限仅占整个太阳光谱范围的3-5%)和较高的光生载流子复合率。因此有效地提高二氧化钛的光催化效率、研究其在可见光下的催化特性、实现催化剂的绿色发展具有重大的现实意义。本论文以TiO2掺杂改性为基础,重点研究了非金属元素单一掺杂和共掺杂对改性TiO2光催化性能的影响,并深入探讨合成化学反应以及催化过程机制。同时,本研究制备了薄膜光催化材料旨在对掺杂改性的TiO2纳米材料的无污染循环利用,实现绿色发展。本论文采用水热合成法制备出具有锐钛矿晶型的纳米线TiO2光催化剂材料,在紫外光谱(λ=365nm)下表现出对甲基蓝溶液(10mg L-1(0.03mM))的表观降解速率常数Kap值为0.05-0.06min-1(商品TiO2纳米粉体(Degussa P25)在同一实验条件下Kap值为0.065min-1)。实验初步证实了TiO2纳米线的紫外光激发性能,为其通过掺杂手段实现可见光或太阳光激发及提高催化性能提供试验和理论参考。本论文通过C、N协同掺杂的手段水热法制备出紫外光催化性能优良的一维C/N-TiO2材料。C通过表面修饰形成碳氧化物膜包覆于纳米线表面,促进了样品对可见光的吸收；C、N共掺杂体系中的N2有助于C原子通过取代形成C-Ti-O化学键,从而提高了改性C/N-TiO2的紫外激发特性,Kap最大值达到0.163min-1。本论文采用两步水热合成的方法,通过碘酸(HIO3)改性手段制备出具有可见光催化性能的I-TiO2纳米材料。其中金红石晶型的I-TiO2禁带减小至2.92eV,表现出显著的可见光(λ>400nm)催化效果(Kap值为7.92×10-3min-1),明显高于同一实验条件下固赛P25的Kap值3.87×10-4min-1。研究证实了改性样品中Ti-O-I化学键,Ti3+和氧空位的形成。多价态I离子在合成反应中可诱发氧空位形成,有效地氧空位机制解释了其对可见光吸收以及可见光催化性能的提高。本论文制备了I和N协同改性I/N-TiO2一维纳米线材料并研究了改性纳米线材料的电泳法薄膜制备,并初步设计薄膜光催化反应装置。自组装设计的薄膜催化反应装置在紫外光作用下对标准甲基蓝溶液的催化反应速率常数值Kap值约为0.04min-1。