随着社会的进步和科技的发展,环境污染和能源危机日益严重。为了解决这些问题,研究者在自然界中的光合作用启发下研究光催化反应和光催化半导体。在众多光催化材料中,二氧化钛因无毒、环境友好、成本低廉、理化性能稳定以及催化氧化能力强等优点,被认为是最具应用前景的光催化剂。但Ti O₂存在可见光响应弱、电子空穴易复合问题,严重制约了其广泛应用。本论文通过形貌尺寸改变、离子掺杂、复合结构构建等方法制备Ti O₂光催化材料,详细探讨原料配方、工艺条件、工艺参数、形貌、结构、光催化性能之间的关系,为开发高效率、高性能Ti O₂光催化剂提供新的思路和途径,对促进Ti O₂的实际应用具有的社会经济意义。首先,搭建基本合成框架,以硫酸氧钛为原料、去离子水与正丙醇的混合溶液为溶剂,采用溶剂热法一步制备二氧化钛,研究了溶剂热温度和溶剂热时间对Ti O₂微观形貌和光催化性能的影响。结果表明,得到的Ti O₂微球形貌规则、分散性好,反应温度为90°C、时间为14 h时制得的样品性能最好,在可见光下对罗丹明B（Rh B）的光催化降解效率优于商业P25。这一基本合成框架为后来的形貌控制、元素掺杂和复合改性提供了理想的合成方案,且初步制得的Ti O₂成为后续改性策略的良好载体。其次,通过改变硫酸氧钛含量以及去离子水和正丙醇的体积比,实现了实心微球到核壳结构再到棒状结构的形貌调控,详细研究了形貌演变规律,探讨了相关的形成机制:棒状结构Ti O₂遵循原位生长机制,而核壳结构Ti O₂先后经历溶胶和奥斯特瓦尔德老化过程。在得到的5种不同微观形貌中,棒状结构和核壳结构Ti O₂的光催化性能最好,可见光下对Rh B的降解率分别是P25的3.1倍和2.5倍,因此选择此两种形貌的Ti O₂做后续掺杂处理。随后,以尿素做氮源,在溶剂热反应前将其加入到Ti O₂前驱体溶液中,得到的氮掺杂棒状和核壳结构Ti O₂分别标记为N-TR和N-TYS。通过XRD、TEM、BET、XPS、紫外可见漫反射光谱、光电测试和光催化降解实验（待降解物为罗丹明、亚甲基蓝和苯酚）等测试表征,详细研究了N-TR（氮掺杂棒状结构Ti O₂）和N-TYS（氮掺杂核壳结构Ti O₂）的微观结构、形貌和光电性能。结果表明,N-TR和N-TYS具有较大的比表面积(分别为190.82 m² g^-1和166.59 m² g^-1),引入不掺氮的样品TR和TYS作对比,光催化性能:N-TR>N-TYS>TR>TYS>P25,其中N-TR对Rh B的光降解效率是P25的12倍。最后,选择光催化性能更好的N-TR进行复合改性。通过N-TR和添加剂在常温下的反应,成功形成了a-MOTi@N-TR复合试样。详细研究了添加剂的浓度和反应时间对试样形貌和性能的影响。结果表明,添加剂浓度为0.86 mol L^-1,反应时间为30 min得到的试样性能最好,催化效率是N-TR的2.6倍,是P25的30.1倍。本论文探索出一种温和、高效的Ti O₂合成方法,简单调节工艺参数即能实现Ti O₂微观形貌的自由调控。在此基础上,通过掺杂、复合改性等,实现了可见光响应效率高、光催化效果优良的Ti O₂制备,并详细探讨了不同形貌Ti O₂的合成机理和光催化机理。