伴随人类社会科学技术的进步和工业文明的发展,能源短缺和环境污染现象日益凸显,成为危害人类身体健康和阻碍可持续发展的不可忽视的问题。因此,发展一系列绿色、经济、可大规模工业化应用的处理办法来解决这两大难题势在必行。近年来热议的光催化技术是一种有望解决能源和环境可持续发展问题的有效办法。纳米尺寸的TiO₂作为一种典型的光催化剂,具有高稳定性、环境友好、广泛存在和价格低廉等有点,在产氢和降解污染物等领域都被广泛研究。本文以TiO₂纳米管阵列为基底,通过水热技术在其上修饰类石墨烯二维硫族半导体层状材料,针对重金属Cr⁶⁺的还原或有机污染物4-NP的降解,具体研究内容如下:（1）以商业钛网为Ti基,采用阳极氧化法生长TiO₂纳米管阵列（Ti O2 NTs）。以硒粉为Se源,钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）为Mo源,Ti/TiO₂ NTs为基底,水热法在其上原位生长MoSe₂纳米花状材料,得到MoSe₂@TiO₂ NTs复合材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS、UV-vis和PL光谱以及光电流测试等表征手段对材料的微观形貌和组成,以及光电性能进行测试。以Cr⁶⁺溶液为污染物模型,测试材料的光催化活性。实验结果证明,复合材料具有更高的光催化还原性能,这是由于TiO₂ NTs和MoSe₂纳米片的紧密结合构筑了一个稳定的传统II型异质结结构,提高了材料的光生电子和空穴的分离效率,使材料具有更高的量子利用效率。（2）以固态导电的、绕成螺旋状的柔性钛线为Ti基生长TiO₂ NTs。随后同样以水热法在Ti/TiO₂ NTs基底上生长MoSe₂纳米片状材料,与第二章不同之处为,作为助催化剂的MoSe₂修饰量大为改变,最终得到与上述传统II型异质结不同的直接Z型异质结材料,在实现材料光生电子和空穴在空间上有效分离的同时,保证了材料自身最优的氧化和还原能力。以对硝基苯酚（4-NP）为有机污染物模型,测试材料的光催化性能。实验结果证明,合适的MoSe₂负载量可以得到理想的直接Z型异质结结构,少量、均匀的负载以及两种半导体间的紧密结合尤为重要。（3）以固态导电的、绕成螺旋状的柔性钛线为Ti基生长TiO₂ NTs。以硫脲为S源,钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）为Mo源,Ti/TiO₂ NTs为基底,水热法在其上原位生长MoS₂纳米片层材料,得到MoS₂@TiO₂ NTs复合材料,并应用于对高浓度Cr⁶⁺的光电催化（PEC）还原,且在PEC过程中加入不同的小分子有机酸（LOAs）来改善TiO₂对可见光利用率不足的劣势。实验证明,在LOAs的协助下,该复合材料对高浓度Cr⁶⁺（200 mg/L）具有超高效光电催化活性,并且在体系中加入酒石酸（TA）时达到最高还原效果(103.9 mg/L min^-1)。