随着工业化的发展,化石能源不断枯竭以及各类污染问题不断涌现。空气和水污染问题已经开始严重影响我们的日常生活。自从1972年,藤岛和本田教授首次发现Ti02电极可以在紫外光照射下分解水,半导体光催化技术由于可以合理利用再生能源,逐渐引起人们的广泛关注。二氧化钛纳米材料,由于其高稳定性,安全无毒和光催化性能强等优势,是目前公认最好的光催化材料。二氧化钛受禁带宽度限制,只能吸收占太阳辐射不到5%的紫外光,且光催化效率偏低等不足,阻碍了二氧化钛材料的发展与应用。本文通过对二氧化钛纳米材料非金属复合、表面改性和金属复合等方案制备二氧化钛复合催化材料。目的是要改善材料的光催化效率以及将材料的光谱响应从紫外光拓展到可见光区域。主要研究内容如下：(1)以钛酸四丁酯和二氧化钛颗粒为钛源,分别通过溶胶-凝胶法和水热法制备不同形态二氧化钛纳米材料,包括二氧化钛纳米颗粒、纳米片和纳米管。对三种材料在紫外光激发下光催化降解效率进行对比,研究发现,二氧化钛纳米管具有最好的光催化效率。一方面是二氧化钛纳米管本身具有较好的光催化效果；另一方面是,二氧化钛纳米管纠缠形成孔隙结构使其具有最大的比表面积,有利于提高催化反应材料表面染料浓度。二氧化钛纳米片相比有更好的亲水性,易于在水溶液中形成稳定胶体。(2)以Hummers法制备氧化石墨烯作为原材料,采用溶胶-凝胶法和水热法分别成功制备具有优异光催化性能的石墨烯／二氧化钛纳米颗粒复合物和石墨烯／二氧化钛纳米管复合物。氧化石墨烯表面富含官能团,能提供二氧化钛纳米材料生长位置。表征发现,二氧化钛纳米材料确实均匀牢固的复合在石墨烯表面。光催化实验表明,添加石墨烯材料可以显著提高二氧化钛的催化效率。石墨烯含量为3wt.%时,石墨烯／二氧化钛复合物的光催化效率最高。3 wt.% G-TiO2催化效率是纯二氧化钛纳米颗粒的4.5倍；3 wt.% G-TNTs催化效率也比高性能二氧化钛纳米管高出2.5倍。表征发现,复合石墨烯可以抑制二氧化钛材料团聚、增大材料比表面积和提高材料的载流子迁移率,是提高二氧化钛纳米材料催化效率的有效途径。(3)采用APTMS改性二氧化钛,利用Au纳米颗粒与APTMS表面-NH氢链强静电吸附特性,成功合成具有可见光催化响应的金颗粒-二氧化钛复合物APTMS(TNS/Au)和APTMS(TNTs/Au).与光化学还原法沉积Au颗粒不同,APTMS改性的二氧化钛材料表面可以均匀牢固的复合更多Au纳米颗粒。实验表明,复合材料在可见光激发下有较高催化效率和稳定性。利用FDTD模拟可见光激发下材料表面电场分布,证实金纳米颗粒是表面等离子效应的中心。复合材料在可见光激发下,金纳米颗粒的表面等离子效应会产生大量热电子。热电子注入二氧化钛的导带中,可引发光催化反应。二氧化钛与Au纳米颗粒复合可以将材料光谱响应从紫外光拓展到可见光范围,有利于太阳能的高效利用。(4)采取先制备金颗粒.二氧化钛纳米管,再复合石墨烯材料的方案成功制备石墨烯、金颗粒和二氧化钛纳米管三元复合材料。通过表征可知,复合材料中金纳米颗粒与二氧化钛原结构在添加石墨烯后并未破坏,二氧化钛上金纳米颗粒并没有减少。实验表明,添加石墨烯可显著提高复合物在可见光催化效率。G(TNTs/Au)可见光催化效率达到TNTs/Au的1.5倍。石墨烯、金颗粒和二氧化钛纳米管三元复合材料在可见光催化反应过程中可以协同作用,为进一步拓展材料在可见光响应,提高材料催化效率提供新的方向。