能源和环境问题是人类文明发展面临的两大主要问题,也是实施可持续发展战略首先要考虑和亟待解决的重大课题。因此,寻找合理的手段解决上述问题越来越受到关注。太阳能作为人类未来可利用能源的最大源泉,一直以来受到人们广泛研究。但是由于地球表面接收到的太阳能的能量密度低、分散性不好、不连续且不稳定,因此探寻高效利用太阳能的技术一直是研究的重难点。基于半导体材料的光催化技术,可以通过一系列化学反应将太阳能转化为化学能源,从而提升太阳能的使用效率,可以广泛地应用于新能源开发与改善环境问题等领域。光催化研究的重点,在于开发研究性能优良的半导体光催化材料。但是单一组元的半导体光催化剂由于自身带隙较宽,普遍存在光生电子-空穴对易复合、降解稳定性较差、光响应能力不足等问题,由此导致催化剂的光催化效率不高,限制了其应用。为了解决上述问题,构建异质结结构是一种有效的手段。异质结结构光催化剂,主要是通过两种或者两种以上半导体,通过紧密的表面接触组装或者半导体内部的晶相界面交联结合,以形成内建电场,从而加速载流子的分离与传输速率,提升体系的稳定性,扩宽催化剂的吸收光谱,大大提升材料的催化性能。本工作选用传统的光催化剂二氧化钛（TiO₂）以及近年来热点研究的典型非金属半导体石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为主体材料,构建TiO₂/g-C₃N₄异质结,同时对该体系进行优化处理,主要从两个体系方面来增强材料的光催化性能,主要研究内容如下:（1）通过水热法制备规则球状结构的TiO₂,同时与g-C₃N₄进行二元复合,构建异质结构,以调节催化剂的带隙,加速光生电子-空穴的产生与传输。同时通过光沉积的方法,在催化剂表面负载贵金属Ag纳米粒子,利用了Ag纳米粒子的局域表面等离激元共振效应,提升催化剂对可见光的吸收率。此外,Ag粒子在催化剂中起到电子传导桥梁的作用,促进g-C₃N₄和TiO₂异质结界面的光生载流子的传输。三种组分之间产生协同效应,从而提升光催化剂的性能。（2）我们通过制造氧空位缺陷制备黑色TiO₂,同时引入氮、硫元素进行元素掺杂,通过这两种手段,共同调节TiO₂的带隙,将TiO₂的光吸收范围扩展到可见光区域,增强了TiO₂的光吸收能力与可见光下的光催化活性。最后,我们将改性后的黑色TiO₂与片层状g-C₃N₄复合,通过两种组分之间异质结结构的构建,使材料的光催化性能进一步加强,且保持了优良的可见光下光催化稳定性。