近些年来,很多研究都致力于研究开发新型催化剂,并对有机污染物进行光催化降解。将半导体纳米材料应用于光催化是一种高级的物理化学过程。在众多的金属氧化物纳米半导体中,二氧化钛（TiO₂）纳米材料作为光催化剂是目前研究的热点。但是,TiO₂半导体纳米材料的禁带宽度较宽,只能利于太阳光中的紫外光,限制了 TiO₂半导体纳米材料的实际应用。另外,TiO₂的导电率不高,不利于光生载流子的传输,使TiO₂上的光生电子和空穴很容易发生复合,降低了光电转换效率。目前,有很多研究都致力于提高TiO₂对可见光的利用率以及提高它的光电转换效率。常见的方法有离子掺杂,过渡金属沉积和修饰窄带隙半导体等。采用阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列具有优异的性能,因为其表面形貌均一、高度有序、化学性质稳定以及独特的光学特性和化学特性。自从2001年首次用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管阵列以来,就引起了人们的广泛兴趣。已经有报道说TiO₂纳米管阵列在光电化学以及光催化有机污染物等领域有广泛的应用前景。本论文以提高TiO₂纳米管阵列对可见光的利用,提高光电性能和快速高效降解有机污染物为目的,开展了对复合TiO₂纳米管阵列在光催化降解有机污染物的研究。具体研究内容如下:（1）采用一种绿色、简单的脉冲电沉积技术和电氧化技术制备了超细p型半导体Cu20纳米线修饰的TiO₂纳米管阵列。Cu20纳米线的直径小于5 nm并成功地沉积在了n型半导体TiO₂上,使它们之间构成了p-n结。相对于未修饰的TiO₂,该复合材料拥有更大的比表面积。X-射线衍射（XRD）和高分辨投射电子显微镜（HRTEM）证明Cu20的单晶结构。因为Cu20为窄带隙半导体,复合材料Cu20/TiO₂纳米管阵列实现了对可见光的吸收。另外,由于在p-n结上产生的电势差,实现了光生电子和空穴的有效分离。另外,还对Cu20纳米线的形成机理进行了推测。（2）CuSe/TiO₂纳米管阵列复合材料是以Cu2O/TiO₂纳米管阵列为基底,采用光辅助的化学浴沉积的方法制备得到。Cu2O起到提供铜源和成核中心的作用,在低温条件下通过与硒离子溶液反应制备出了 3D蔷薇花状的CuSe纳米花。该结构既具有p-n结的优势,也同时具有微米/纳米结构,有利于电子的传输以及抑制光生电子和空穴的复合。还探讨了对3D蔷薇花状的CuSe纳米花形成的影响因素,包括时间的影响、温度的影响、光照的影响以及搅拌的影响。通过光电测试发现CuSe/TiO₂复合材料的光电转换效率是未修饰TiO₂纳米管阵列的10倍。另外,本工作还解释了 3D蔷薇花状的CuSe纳米花在低温下形成的机理。另外,该复合材料表现出对9-蒽甲酸（ACA）很好的光催化降解效果。（3）催化剂的表面性质,形貌以及尺寸对异质结的光催化性能有着很大影响。大的纳米颗粒相对于小的纳米颗粒更容易成为光生载流子的复合中心,不利于光催化反应。采用循环伏安电沉积,恒电位电沉积以及脉冲电沉积三种方法制备了形貌不同的In2S3/TiO₂纳米管阵列并对其性能进行了研究。实验结果显示,由脉冲电沉积制备的In2S3/TiO₂纳米管阵列展现出最高以及最稳定的光电流,同时也具有最好的光催化降解4-硝基酚（PNP）的效果。这可能是因为用脉冲电沉积法制备的In2S3纳米颗粒分布更均匀并且粒径也更小,从而加快了电荷的传输和分离。另外,自由基捕获实验显示空穴和羟基自由基共同参与了光催化降解PNP的过程。（4）采用一种简单,绿色的脉冲电沉积方法分步将铜颗粒和铁颗粒沉积在了TiO₂纳米管阵列上,得到了双金属共同修饰的TiO₂纳米管阵列。纳米颗粒均匀地分布在了 TiO₂的表面和内壁上。紫外可见漫反射光谱显示,Cu-nZVI/TiO₂纳米管阵列复合材料对紫外光和可见光的吸收能力加强,说明该复合材料具有更好地吸收太阳光的能力。Cu-nZVI/TiO₂纳米管阵列复合材料的光电流为0.24mA/cm²,是TiO₂纳米管阵列光电流的2.67倍（0.09 mA/cm²）。该复合材料使光生电子和空穴的复合率降低,并用荧光光谱得到了证实。（5）将TiO₂纳米管阵列、Cu/TiO₂纳米管阵列、Fe/TiO₂纳米管阵列以及Cu-nZVI/TiO₂纳米管阵列应用于光催化降解有机污染物PNP。实验结果表明,Cu-nZVI/TiO₂纳米管阵列复合材料对PNP的去除效率最高,在150 min内,对10 mg/L的PNP的降解效率达到了 90.12%,而未修饰的TiO₂纳米管阵列对PNP的降解效率仅为51.58%。此外,还系统地研究了 TiO₂纳米管阵列和Cu-nZVI/TiO₂纳米管阵列复合材料在光催化降解PNP过程中产生的活性物质,推出了相应的光催化降解机理。