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由于阳极氧化二氧化钛纳米管(TNT)阵列比表面积大、载流子输运快、高度有序和方便回收等优点,已被广泛应用于光催化、太阳能电池、气体传感器和生物医药等领域。但是Ti02的太阳光利用率和量子效率低,这极大地限制了TNT阵列的实际应用。因此,优化TNT阵列的制备并进行合理改性,对于开发宽光谱响应、高量子效率的光催化材料具有重要意义。本论文采用改进的有机电解液来制备TNT阵列,并考察制备条件对其光催化降解污染物性能的影响来进行系统优化；以CdS量子点(CdS QDs)作为敏化剂,拓展TNT阵列的光吸收范围以提高可见光活性；在TNT阵列上电化学生长大面积石墨烯(GR)膜,以增大吸附能力、提高载流子输运和分离；继而在TNT阵列上交替生长GR和CdS QDs制得TNT-GR-CdS, TNT-CdS-GR和TNT-CdS-GR-CdS多种三元复合膜,考察不同结构顺序对光电化学和光催化性能的影响,探讨Z-型复合膜上载流子的转移机制和光催化反应机理；将TNT阵列及其复合膜进一步应用于光电催化,并研究光催化与光电催化的区别和联系,揭示光电协同效应的可能机理。主要的结论是：(1)成功制备出结构均一、高度有序的TNT阵列,经400-500℃煅烧为锐钛矿晶相,且TNT400-20V2h的光催化活性最佳；(2)在TNT内表面生长的CdS QDs粒径为5 nm左右,随循环次数增加光吸收带边逐渐红移,且氧化电压、浸渍浓度和循环次数增加有利于TNT与更多CdS QDs结合,从而产生更好的可见光活性；(3)通过一个详细的还原-沉积机理,在TNT上实现了可控制备褶皱和平整GR,得到的TNT-GR表现出增强的光电响应和光催化活性,且平整GR比褶皱GR的改进效果更好。(4)成功构建了三元Z-型TNT-GR-CdS复合膜,它表现出最高的光电化学和光催化性能,这是由于通过一个Z-型机理使TNT导带电子经GR转移至CdS的价带空穴,不仅让电子和空穴在空间上被分离,产生出更多活性自由基,还有效抑制了CdS的光腐蚀。(5)在两电极和三电极体系中,TNT及TNT-GR-CdS的光电催化活性都得到有效增强,并实现了快速、完全的矿化,这是由于电极电势差或者外部电压对光生载流子的分离作用,促使光电催化的量子效率得到进一步提高。论文的特色和创新：(1)阐明TNT-CdS中各制备条件对光催化活性的影响；(2)揭示在TNT上一步电化学生长大面积平整GR的详细机理并用于光催化研究；(3)首次构建三元Z-型TNT-GR-CdS提高活性和稳定性并阐明其光催化机理；(4)研究不同电极体系对TNT光电催化的影响并将TNT-GR-CdS用于光电催化。