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采用金属离子修饰TiO2可以有效抑制光生电子和空穴的复合，因为金属离子可以有效地捕获光生电子，从而延长光生电子和空穴的寿命，促进TiO2光催化活性的提高。文献报道以及我们之前的研究表明，对TiO2进行非金属N掺杂可以扩展其光谱吸收至可见光区，实现可见光催化活性。在此基础上，本文结合了金属修饰与非金属掺杂这二者的优势，以钛酸纳米管（NTA）为前驱体对TiO2进行了金属与非金属共修饰的改性研究。本文首先制备了Pd修饰的TiO2光催化剂，考察了催化剂热处理的气氛和温度对样品晶型，形貌，Pd的存在形式以及光吸收和光催化活性等的影响。ESR结果表明，Pd修饰的TiO2样品均有氧空位产生，且在氮气气氛下煅烧比在空气气氛下更有利于氧空位的产生。我们将样品的氧空位浓度与可见光催化活性之间进行关联，发现在氮气和空气中400℃煅烧的样品对丙烯的降解率之比与二者氧空位浓度之比相当，说明氧空位浓度对可见光催化活性的提高具有重要作用。结合实验结果，我们提出了Pd修饰的TiO2光催化剂可见光催化活性的机理。Pd物种以及束缚单电子氧空位使得样品能够被可见光激发，产生光生电子和空穴；而Pd物种的存在则促进了光生电子和空穴的分离，二者的共同作用提高了Pd修饰TiO2样品的可见光催化活性。围绕金属与N共修饰TiO2这一研究课题，我们以相同的方法制备了Pd/N共修饰的TiO2光催化剂，并通过改变焙烧气氛和温度对其进行后处理。在氮气中煅烧的样品，TiO2锐钛矿相产生的温度有所提高，这是由于作为氮源的尿素在受热分解过程中，与NTA形成中间体钛酸铵，抑制了锐钛矿相的产生。ESR结果表明，Pd/N共修饰的TiO2样品无论在空气中煅烧还是在氮气中煅烧均有氧空位产生。我们将样品的氧空位浓度与可见光催化活性之间进行关联，发现空气中400℃和氮气中700℃煅烧的样品对丙烯的降解率之比与二者氧空位浓度之比相当，进一步证明了氧空位对可见光催化活性提高的作用。并且得出间隙掺杂的N以及高价态的Pd有利于提高样品可见光催化活性。此外，我们对Pd/N共修饰的TiO2光催化氧化丙烯这一反应起作用的活性物种进行了研究。当催化剂中加入羟基自由基的清除剂KI后，催化活性几乎完全丧失，证明羟基自由基在该反应中是主要的活性物种。对比以上两个催化剂体系发现单一Pd修饰的TiO2光催化剂可见光催化活性甚至高于Pd/N共修饰的样品。我们认为可能的原因在于，在Pd的存在下N的掺杂导致氧空位浓度降低。贵金属修饰TiO2原料成本较高，不利于实际应用。因此，我们尝试利用普通的过渡金属进行修饰，以期达到良好可见光活性的目的。我们制备了不同浓度的Zr与N共修饰的TiO2光催化剂。实验表明，Zr/N共掺杂样品的可见光响应来源于间隙掺杂的N元素，而Zr的掺杂有助于管状形貌的保持，且抑制了晶粒的生长。对Zr掺杂量为0.6%的Zr/N共掺杂样品，进行了不同温度的煅烧处理，发现在500℃下热处理的样品具有最高的可见光催化活性，归因于此时样品具有较好的晶体结构和较小的晶粒尺寸。随后，分别以NTA和P25为前驱体，探讨不同前驱体对可见光催化活性的影响。以P25为前驱体时，共掺杂的样品几乎没有可见光响应，相应的可见光催化活性也较低；而以NTA为前驱体时可见光吸收和可见光催化活性都有了明显提高，原因在于NTA较大的比表面积有利于掺杂元素在其表面均匀分散，此外，NTA在煅烧过程中失水，由正交晶系向锐钛矿相转变的过程中有利于N和Zr的掺杂。因此，NTA在制备高活性可见光催化剂方面具有重要潜力。