TiO₂纳米材料因具有成本低、绿色高效、化学稳定性高及耐光腐蚀性等特点,近年来已成为光催化领域的研究焦点之一。但是,宽的禁带宽度使得传统的Ti O₂只能吸收紫外光,同时较高的电子-空穴对复合率也造成了其较低的量子效率。为解决以上两个问题,科研工作者采用不同方式对其进行改性。溶胶凝胶法因其过程易控制,制备工艺较简单,同时能获得均匀、纯度高、比表面积大、尺寸小的纳米粒子,近年来成为最常用的改性纳米TiO₂制备方法之一。但传统溶胶凝胶法存在过程繁琐和制备时间长的缺点,且制备温度一般较高,颗粒间易发生团聚。本文探究了一种简单低温的一步合成方法,选择掺杂金属离子、非金属离子和形成复合物三种方式对TiO₂进行改性。该合成方法简单温和,且改性后的TiO₂在可见光下光催化降解或光催化产氢效率得到提高,这对于解决当前环境污染和能源枯竭问题具有十分重要的意义。本文主要研究内容如下:（1）Fe-TiO₂纳米材料的制备及光催化降解性能研究采用金属离子掺杂方式对纳米TiO₂进行改性,以Fe（NO₃）₃?9H₂O为铁源,低温下用一步改良溶胶凝胶法合成具有可见光吸收的Fe-TiO₂棕色纳米光催化剂,获得的改性材料晶粒尺寸小（5.6⁶.6 nm）,比表面积大(191²23 m²?g^-1)。结果表明,Fe以Fe³⁺和Fe²⁺的价态被成功掺杂进TiO₂晶格中,并且大多数以Fe³⁺的价态存在。Fe进入晶格后,取代了Ti的位置,有效抑制了晶粒的长大和团聚,并引入了氧空位,减小带隙值,提高了可见光吸收性能。本文探究了制备温度和Fe掺杂浓度对光催化降解MB的影响。当制备温度为240°C且Fe掺杂浓度为1%时,Fe-TiO₂材料获得最强的光催化活性,反应速率常数是未掺杂棕色TiO₂的2.5倍,也是P25的3.5倍。（2）B-TiO₂纳米材料的制备及光催化降解性能研究采用非金属离子掺杂方式对纳米TiO₂进行改性,以硼酸为硼源,低温下用一步改良溶胶凝胶法合成具有可见光吸收的B-TiO₂棕色纳米光催化剂。低温下获得的改性材料晶粒尺寸小（5.7⁶.0 nm）,比表面积大(217²29 m²?g^-1)。结果表明,掺杂的B在TiO₂间隙中,形成Ti-O-B键,间隙中B³⁺的2p轨道与O^2-的2p轨道重合,降低了带隙能,拓宽了光的吸收波长范围。本文探究不同B掺杂浓度对光催化降解MB的影响。当B掺杂浓度为15%时,改性B-TiO₂可获得最强的光催化活性,反应速率常数是未掺杂棕色TiO₂的5.3倍,也是P25的7.3倍。（3）Graphene-TiO₂纳米复合材料的制备及光催化产氢性能研究采用与石墨烯复合的方式对纳米TiO₂进行改性,以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为碳源,低温下用一步改良溶胶凝胶法合成具有可见光吸收的Graphene-TiO₂棕色纳米光催化剂。获得的改性材料晶粒尺寸小（5.2⁶.1 nm）。CTAB在制备过程中既充当碳源形成石墨烯结构,又起到防止晶粒团聚的作用。表征和分析证明CTAB分子到达240°C及以上温度时已基本消除,形成的石墨烯层大约为4⁵层。测试样品的可见光下的光催化产氢性能,从而确定最佳石墨烯复合量的CTAB添加量为0.2 g,通过TGA-DSC分析推测此时复合的石墨烯质量分数约为6.21%,该改性材料在光照6 h后产氢量是未改性的棕色TiO₂的4倍以上。