TiO₂基半导体光催化剂以化学稳定性高、无毒和具有良好的光催化活性等特点在多功能材料和环境污染治理等方面展现出广阔的应用前景。但是低量子效率和在降解有机污染物反应中易失活等缺点阻碍了在实际中的大规模推广应用。系统地研究催化剂的结构和性能的关系，揭示光催化过程的本质，对于丰富光催化理论，开发高活性高稳定性光催化剂至关重要。光催化反应发生在表面，TiO₂的表面特性无疑在催化过程中有决定性作用。搞清TiO₂的表面性质包括表面结构、表面羟基和表面酸性以及它们在光催化反应中的作用和地位，一方面有助于了解不同形态TiO₂的催化活性和选择性的差异，另一方面对于从分子水平上理解发生在催化剂表面的光催化微观机制和光催化剂开发也具有重要意义。本论文采用原位红外光谱技术分析研究了锐钛矿、金红石和它们的混合相P25TiO₂的表面羟基种类、分布和酸碱性等表面性质以及硫酸化处理后样品的表面羟基、酸性；通过典型有机污染物甲苯在其表面的吸附行为和吸附状态以及在光激发下的行为变化研究来探索TiO₂表面羟基和酸性与分子的作用规律。本研究主要得到以下结果和结论。（1）高温真空处理后的锐钛矿和P25-TiO₂表面主要含有六种以3731、3712、3688、3669，3656和3640cm^-1红外吸收波数为特征的表面孤立羟基。其中，3731和3712cm^-1处的孤立羟基仅与一个Ti离子相连接；而3688、3669，3656和3640cm^-1处的孤立羟基可能是与两个或多个Ti离子连接的桥式羟基。金红石TiO₂表面在3658cm^-1处的孤立羟基吸收强度最大，其余的孤立羟基出现在3730、3720、3696cm^-1处。（2）不同晶型的TiO₂表面孤立羟基的热稳定性及氢键羟基区别较大。3731cm^-1的强度在不同温度真空处理过程中基本保持不变，3712cm^-1的吸收强度则随温度升高增强至350℃以后趋于稳定，而3688、3669，3656和3640cm^-1则随温度升高强度逐渐下降。锐钛矿TiO₂在不同温度处理过程中，先后出现了3630和3590，3200和3611cm^-1两类稳定性不同的氢键羟基；金红石TiO₂表面则含3647，3612，3600，3590，3413cm^-1红外吸收波数为特征的不稳定氢键羟基。P25表面含有3697，3631，3616，3604，3590和3417cm^-1六个不稳定氢键羟基。（3）TiO₂表面的孤立羟基都是甲苯的吸附中心，但甲苯优先在3669和3688cm^-1羟基上吸附。高温处理后形成的表面不饱和配位的金属阳离子和结构氧原子对甲苯也表现出吸附能力。（4）在紫外光激发下，TiO₂表面的3731和3712cm^-1羟基优先受光激发参与甲苯的降解反应。无氧光照下甲苯被氧化成苯甲醇；但在有氧光照下，氧气同时参与反应将甲苯转化为苯乙醛和苯甲酸。（5）TiO₂/SO₄^2-表面的S=O基团使TiO₂表现B酸的酸性，硫酸化改性可以抑制在那催化反应过程中导致催化剂失活的苯甲酸的生成。本研究结果对了解表面性质对光催化性能的影响，特别是认识表面羟基在光催化中的作用提供了有意义的证据。此外，论文还研究了TiO₂薄膜表面的抗菌性能，但有关羟基的作用有待进一步研究。