在全球性环境污染和能源危机日趋严重的今天，如何有效利用太阳能来治理污染已引起世界各国的广泛重视。光催化技术具有反应条件温和、无污染、低能耗等特点，因而在环境保护方面具有广阔的应用前景。通过各种改性手段改善常用光催化剂TiO2的活性以及使其吸收光波长发生红移，提高TiO2的光催化效率和充分利用太阳光作光源是将这一技术推向实际应用的重要环节。TiO2纳米管是新型一维管状纳米材料，比TiO2纳米粉体、纳米膜具有更优越的性能，如果在TiO2纳米管中掺杂金属离子，将会大大改善TiO2纳米管的光电、电磁及催化等性能。 本文以钛酸丁酯和稀土硝酸盐为前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了铈、铒、钕掺杂的二氧化钛纳米粉体。以此为原料，通过水热法制备了一系列的稀土改性二氧化钛纳米管。用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、红外光谱(IR)、BET比表面测试(BET)等手段对产物进行表征和分析，并通过催化降解甲基橙研究其光催化性能。 TEM分析表明所制得的二氧化钛纳米管，均为开口、中空管，管径均在10～20nm左右，管长均在100～300nm之间；XRD证明稀土掺杂TiO2纳米管有些是锐钛矿晶型，有些则同时存在锐钛矿和金红石；DRS分析表明稀土离子掺杂有效的拓展了光催化剂的光吸收范围，提高了催化剂对可见光的利用率；XPS表征可以明显看出稀土离子已经掺杂成功，改变了催化剂表面的化学组成。 用不同浓度掺杂的Nd-TiO2纳米粉体和Nd-TiO2纳米管光催化降解甲基橙，结果发现，Nd-TiO2纳米管的催化活性明显高于Nd-TiO2纳米粉体，钕的掺杂有利于提高TiO2的催化活性，当掺杂浓度为0.3％时活性最高。 Ce掺杂使得TiO2纳米管光催化降解甲基橙的能力大大增强，30min内基本可使甲基橙脱色率达到92.4％；通过单因素实验和正交实验分析影响Ce-TiO2纳米管活性的因素并找出最佳制备条件：粉体煅烧温度700℃，水热温度130℃，Ce掺杂量0.3％。 通过正交实验分析出粉体煅烧温度对的活性影响最大，同时得出Er-TiO2纳米管的最佳制备条件：粉体煅烧温度650℃，水热温度120℃，Er掺杂量0.1％。 稀土掺杂有效的提高了TiO2纳米管的光催化活性，其中Nd-TiO2纳米管的光催化活性最高，20min甲基橙降解率达到99.6％。