在全球性环境污染日趋严重的今天,利用光催化技术治理环境污染引起了世界各国的广泛关注。具有高催化活性、能充分利用太阳光的光催化剂的制备与应用,已成为材料科学、化学、环境科学和能源科学等领域广泛关注和研究的热点课题。TiO₂光催化剂价廉,无毒,化学稳定性强,光催化活性较高,且具有一定的抗菌能力,在环境净化领域表现出良好的应用前景。但是TiO₂禁带宽度大,光吸收范围窄;光生电子和空穴复合几率高,量子效率低。研究证明,通过改性可以提高TiO₂的光催化效率。因此,研究TiO₂光催化材料的制备与改性,并配合研究具有可见光催化活性的半导体光催化剂,具有十分重要的意义。本文选择TiO₂纳米管,介孔TiO₂,混合晶型TiO₂,及具有可见光催化活性的BiVO₄为研究对象,利用湿化学法,对其进行改性或者物相、形貌控制合成来提高这些材料的光催化活性,并利用Ag沉积来增强TiO₂-NTs的抗菌性能。为高活性的半导体光催化剂和无机抗菌剂的制备与应用,提供了实验与理论支持。通过大量实验工作,取得了一些创新性成果。建立了化学沉积-光还原法,以水热法制备的TiO₂纳米管为基体,制备了新型Ag/TiO₂纳米管复合材料。实验结果表明,Ag含量和沉淀剂NaOH溶液的浓度对TiO₂纳米管表面银沉积都有影响。当Ag含量为2.50 at.%,NaOH溶液的浓度为0.30 mol·L^-1时,可以获得牢固附着在TiO₂纳米管表面,粒径约3-5nm,高度分散的银纳米粒子。适量Ag沉积显著提高了TiO₂-NTs的光催化性能,银含量为2.5 at.%的Ag/TiO₂-NTs复合体系具有最高光催化活性。Ag沉积还显著提高了TiO₂-NTs的抗菌性能。自然光照下,Ag/TiO₂-NTs复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌显示出优良的抗菌性能。研究了Ag沉积增强TiO₂-NTs光催化活性的机制:Ag以金属银（Ag⁰）的形式沉积于TiO₂-NTs表面,当受到紫外光照时,Ag⁰与TiO₂纳米管之间形成Schottky能垒,抑制了电子和空穴的复合,提高了TiO₂纳米管的量子效率和光催化活性。采用表面化学反应法,利用TiO₂纳米管表面的羟基基团与Cu（en）₂（OH）₂之间的化学反应制备了尚未见报道的Cu离子表面掺杂TiO₂纳米管。研究了Cu离子掺杂浓度,煅烧温度等对样品的结晶状态和形貌的影响。适量的Cu离子表面掺杂显著提高了TiO₂纳米管对罗丹明B的光催化活性。含Cu 0.3 at.%纳米管具有最高的光催化活性。研究了Cu离子掺杂增强TiO₂-NTs光催化活性的机制:表面掺杂的Cu离子以Cu²⁺和Cu⁺两种形式存在,抑制了TiO₂-NTs光生电子和空穴的复合,提高了TiO₂的量子效率;Cu离子表面掺杂使得TiO₂-NTs禁带宽度变窄,提高了TiO₂-NTs对可见光的吸收。建立了一种简便的超声-水热合成方法,制备了同时具有规则形貌、大的比表面积和良好晶化程度的新型Fe掺杂TiO₂介孔微球。系统地考察了超声处理,水热温度,水热时间,Fe掺杂浓度,煅烧温度等反应参数对样品形貌和介孔结构的影响。铁掺杂浓度0.50 at.%,水热温度150℃,水热反应时间20h,煅烧温度450℃条件下所制备的Fe掺杂介孔微球具有最大比表面积。其比表面积为182.75m²·g^-1,平均孔径为4.64nm,孔容积为0.196cm³ g^-1。适量Fe掺杂可以可显著提高TiO₂介孔微球的光催化活性。研究了Fe掺杂增强TiO₂光催化活性的机制:Fe掺杂促进了TiO₂光生电子和空穴的分离,提高了TiO₂的量子效率;Fe掺杂可以减小TiO₂的禁带宽度,增强TiO₂在可见光区的吸收。采用水热法制备了混合结晶相态TiO₂,系统地考察了Ti源浓度,盐酸浓度,水热温度,水热时间等反应参数对水热产物的结晶相态和形貌的影响。通过控制反应参数,获得了具有枫球状、叶片状等新颖规则形貌的纳米粒子。研究了混合结晶相态TiO₂光催化活性与其结晶相态和形貌之间的关系。光催化实验结果表明,锐钛矿占37.4%,金红石占35.8%,板钛矿占26.8%的混合结晶相态TiO₂具有最高的光催化活性,其光降解反应速率常数比锐钛矿TiO₂纳米管更大。通过表面沉积适量Ag可以显著提高混合结晶相态TiO₂的光催化性能。沉积2.0 at.%的Ag可以使混晶TiO₂对甲基橙的光降解反应速率常数提高1.5倍。建立了一种简便的水热合成方法,制备了具有规则形貌的单斜相BiVO₄微晶,获得了具有可见光催化活性的半导体光催化剂。系统地探讨了溶液pH和表面活性剂对BiVO₄微晶的晶体结构和形貌的影响。获得了棒状,长方体形,立方片状,及花状等不同新颖形貌的BiVO₄微晶。并从化学反应动力学的角度探讨了不同形貌BiVO₄微晶的生长机理。BiVO₄微晶的禁带宽度约为2.40eV。太阳光照下,BiVO₄显示出良好的光催化活性,花状BiVO₄对甲基橙的光降解反应速率常数是TiO₂-NTs的10倍。