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光催化作为一种有效的环境污染治理技术,其光催化活性及太阳光利用率是研究的关键问题。TiO2纳米管阵列(TiO2NTs)是一种具有开发潜力的光催化电极材料,因其特殊的管状阵列结构,能够提供更多的反应活性位和电荷输运通道,并且光催化与电催化的耦合,可进一步提高光催化活性。从利用可见光太阳能的角度以及基于TiO2NTs光电催化的实际应用来讲,TiO2 NTs电极由于其本身禁带宽度的原因,只能吸收紫外光而对可见光响应不高。同时,TiO2NTs光电催化过程产生的光生电子和空穴易于复合,使得量子效率仍然较低。针对上述关键科学问题,本文工作采用窄带隙半导体CuInS2作为外源性改性材料,制备出CuInS2/TiO2NTs复合电极,有效地扩展了Ti02的光响应范围,同时二者之间的异质结提高了光生电荷分离与能量转换效率及光电催化效率。主要研究结果如下：(1)采用超声辅助连续离子层吸附反应法(SILAR)制备了CuInS2/TiO2纳米管阵列复合电极,考察了CulnS2纳米颗粒的负载对光生电荷分离效果的影响。结果表明,负载后电极的可见光响应范围明显拓宽,光生电子和空穴的有效分离能力也明显增强。在可见光照射下,复合电极表现最大光转换效率是Ti02纳米管电极的5.62倍。在光电催化降解邻氯苯酚(2-CP)的反应中,复合电极光电催化降解效率比原电极提高了27.5%。(2)结合超声浸渍和电沉积法制备了CuInS2/TiO2纳米管异质结电极。能量色散X射线光谱、X射线光电子谱以及电感耦合元素分析表征结果证明,负载的纳米颗粒符合n型CulnS2的元素成分特点(In元素过量)。莫特-肖特基谱图测试结果明确负载电极具有n型半导体特性。这种n-n型CuInS2/TiO2 NTs电极的光响应范围和光电化学性能都有明显提高。可见光条件下,光电催化2-CP的降解效率是超声辅助SILAR法制备电极的1.80倍。复合电极光电催化活性的提高得益于CuInS2本身所具备的可见光吸收性能和n-n型异质结内部静电场能促进光生电子空穴有效分离的作用。(3)通过真空辅助SILAR的实验,制备了CuInS2/TiO2 NTs异质结电极(VS-CuInS2/TiO2NTs).利用激光闪光光解技术研究了TiO2 NTs和VS-CuInS2/TiO2 NTs电极的瞬态吸收光谱,明确了CulnS2的负载能够将原电极激光激发的光生空穴寿命延长。这说明该合成方法可以有效地提高光生电子和空穴的分离。复合电极所表现的光电流密度、光电转换效率和载流子密度比常规的SILAR方法制备电极分别提高了87.0%,78.1%和35.3%。以2-CP为目标污染物考察复合电极的光电催化活性。结果表明,VS-CuInS2/TiO2内米管电极在光电催化反应180 min后,降解效率能达到92.2%,比前两种方法制备电极的降解效率分别提高了46.8%和10.0%。(4)实验结合电子顺磁和自由基捕获实验,明确活性氧物种·OH、O2·-以及光生空穴都参与到催化反应过程。分析VS-CuInS2/TiO2NTs电极光电催化活性提高的原因,主要是均匀和分散负载的CuInS2纳米颗粒促进了电子的转移,同时通过真空SILAR法使CuInS2和Ti02之间负载面积增大,所形成的大面积异质结结构能够使得界面电荷有效地迁移并抑制光生电子和空穴的复合。对比研究了VS-CuInS2/TiO2NTs电极光电催化降解不同氯代苯酚的降解效率,其降解难易程度排序为2-CP< 4-CP< 2,4-DCP< 2,4,6-TCP.再以2,4-DCP为目标污染物,运用液相色谱-质谱(LC-MS)技术分析了VS-CuInS2/TiO2NTs电极在可见光光电催化降解的反应过程。这对于提高Ti02纳米管电极光电催化氯酚类污染物的降解性能具有重要意义。