环境污染和能源短缺问题提高了人们对潜在全球危机的认识,如何解决环境和能源问题越来越得到人们的关注。半导体光催化技术是一种“绿色”方法,有望在解决上述问题中发挥重要作用。TiO2以其低成本,高化学稳定性和环境友好性被广泛应用。但其比表面积低,带隙较宽等缺点导致光响应范围窄、量子效率低、活性位点少,制约了 TiO2半导体的进一步推广。有效地收集太阳光以产生长寿命的电荷载体来抑制电子和空穴的复合对于光催化反应是至关重要的。构建异质结构,暴露高活性晶面以及改变晶体结构可以有效提高光催化剂催化性能。本文主要研究的内容与结果如下:(1)通过简单的两步水热法在石墨纤维上负载TiO2-MoS2核壳纳米片,构建三维石墨纤维@MoS2-TiO2双异质结构光催化剂,并研究其光催化降解污染物性能。首先在石墨纤维表面垂直生长暴露高活性(001)晶面的TiO2纳米片,然后将超薄MoS2纳米片均匀负载到TiO2纳米片表面。TiO2纳米片与零带隙石墨纤维之间的欧姆接触以及TiO2纳米片与MoS2纳米片之间界面处的紧密结合形成的二维纳米异质结大大促进了载流子的分离。通过在紫外和可见光照射下对甲基橙染料的光催化降解,发现双异质结构的三维石墨纤维@MoS2-TiO2复合材料具有优异的光催化降解污染物效果。(2)利用碳纤维为模板,通过水热法合成了碳纤维@TiO2复合材料,进一步退火制备了一种高活性(001)晶面暴露的TiO2纳米片。并在TiO2纳米片上负载不同含量的超薄MoS2纳米片形成MoS2@TiO2二维-二维纳米结构,并研究其光解水产氢效果。所制备的MoS2@Ti02复合材料在MoS2百分含量为15 wt%时,光解水产氢效率最高,是单独TiO2纳米片的33倍。MoS2@TiO2复合材料较高的光催化活性归因于超薄MoS2纳米片作为助催化剂;并且复合材料中的Ti02纳米片高暴露(001)活性面,促进水分子的活化和还原;此外共存的(101)和(001)晶面可以在单个Ti02纳米片上形成异质结,使载流子的复合得到有效控制。这项研究制备了一种低成本的光催化剂,以实现无贵金属助催化剂的高效光解水产氢反应。(3)利用水热法以钛酸丁酯为钛源,合成了钛-有机物复合材料,分别在不同温度下煅烧,成功制备了具有较大比表面积的双晶相(TiO2(B)和锐钛矿相)TiO2纳米花。通过改变煅烧温度来改变TiO2纳米花中TiO2(B)与锐钛矿相的含量。通过DSC、XRD、BET和TEM等分析了样品的物相、结晶度、比表面积、孔径分布和结构等。对双晶相TiO2纳米花进行光解水产氢性能测试,发现在负载助催化剂Pt时,相对其他煅烧温度的样品,550℃煅烧的TiO2纳米花光解水产氢效果最佳。550℃时,双晶相TiO2纳米花拥有最佳TiO2(B)与锐钛矿相的含量,二者之间构成的异质结有效促进了光生电荷的转移,解决了光生电子-空穴容易复合的问题,从而提高了光催化剂的光解水产氢性能。