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纳米TiO2半导体材料光/电催化降解有机物、分解水制氢一直是环境领域的研究热点。然而几个关键问题严重制约了TiO2纳米粉体光/电催化技术的广泛应用:即TiO2的可见光响应、催化剂表面的光生电荷复合和催化剂的有效搭载问题。论文利用阳极氧化技术在电极基体上制备了一层TiO2纳米管阵列（TNAs）薄膜材料,由于所制备的TiO2纳米管能够整齐有序地排列在电极基底上,因而光生载流子传输速率快,电荷复合低,能够表现出优异的光电催化性能。论文研究了这种新型TiO2纳米管阵列电极的制备、形成机理和光电催化降解污染物性能,并在此研究基础上,设计了一种新型的光电催化薄层反应器,用于有机污染物的高效处理,同时制备了可见光响应的TiO2纳米管阵列复合电极,应用于可见光光电催化和产氢。TiO2纳米管阵列的形态结构。阳极氧化电位、电解质、反应时间因素等影响着TNAs的形态结构。在氢氟酸水溶液电解质中,控制阳极氧化电位5-20 V,反应时间60min可以获得管径20-100 nm,管长300-800nm TNAs;在含有柠檬酸的含氟电解质中,控制阳极氧化电位20 V,反应时间8h,可以得到1.5μm长的TNAs;在含氟的DMSO和EG有机电解质中,控制阳极氧化电位20-60 V,反应时10-60h可以得到管径100-200nm,管长7-60μm的TNAs。刚生成的TNAs是无定形结构,400℃-500℃煅烧后转变成锐钛矿晶型,600℃煅烧后转化为锐钛矿与金红石混晶型。DRS显示随着TNAs管长增加,TiO2的吸收边向长波移动。在氢氟酸电解质中,金属钛阳极氧化形成TNAs的机制为:阳极氧化的初期金属钛表面迅速形成致密的阻挡层,然后表面逐渐形成小凹坑,随后小凹坑逐渐变为大凹坑,同时凹坑发生溶合逐渐形成小孔径纳米管,小孔径纳米管融合最终变成完整的大孔径纳米管。TNAs电极具有高效的光电催化降解有机污染物性能。TNAs能表现出优异的光电催化降解偶氮染料AO-7有机物的性能,并具有良好的稳定性。重复处理AO-7溶液20次实验后,TNAs电极始终保持高的光电催化效率。电解质Na2SO4的浓度,光强,煅烧TNAs的温度和溶液pH等因素对光电催化降解效率有一定的影响。新型的光电催化薄层反应器的设计与应用。反应器的结构设计是决定光电催化降解有机物效率的关键因素之一。基于实验制备的钛基双面TiO2纳米管阵列电极,设计一种具备双面光照特征的光电催化降解有机物薄层反应器。与传统反应器比较,该反应器可以有效的改善传质,提高光电催化降解有机污染物的效率,缩短反应时间,即使处理高浓度的有机废水仍能保持高效的处理效率。反应器始终能保持稳定的高处理效率,在20次的重复降解实验中,反应器保持了93.1? 1.3%的脱色率。可见光响应型CdS/TiO2纳米管阵列复合电极的制备及应用。通过化学池沉积的方法,在TiO2纳米管阵列电极表面负载一层粒径在10nm左右的CdS纳米颗粒。DRS分析表明这种复合TNAs电极的吸收边从紫外区370nm红移到540nm左右,具有明显的可见光响应性能。光电化学实验表明,与纯TiO2纳米管阵列相比,导电玻璃基CdS/TiO2纳米管阵列复合电极,其可见光光电分解水的转化效率从0.33%提高到2.58%,提高了11.7倍。光电催化分解水实验表明,产氢率可达1.12ml/cm2.h。