纳米TiO<,2>具有优异的光催化活性。它的化学性质稳定、无毒副作用、且抗光腐蚀，能将环境中存在的大量的微量有机物降解为无污染的无机物，还能杀死细菌病毒等。因此，纳米TiO<,2>在环境、生物、医疗卫生和新能源开发等领域具有广泛的应用前景。但是，纳米TiO<,2>光催化剂作为一种半导体材料，它的禁带宽度较宽，只能吸收紫外光，对太阳能的利用率较低，因而限制了它的应用。为了提高纳米TiO<,2>在可见光区的光催化活性，充分利用自然界中廉价、清洁的太阳光能，必须对其进行改性处理。本论文主要研究了真空热处理、H<,2>和N<,2>气氛改性处理，通过在TiO<,2>的晶体结构中引入氧空位缺陷来改变其固有的能带结构，从而提高纳米TiO<,2>在可见光区的光催化活性。 本研究以TiCl<,4>为原料，采用水解法制备了纳米TiO<,2>粉体。通过控制实验参数获得了锐钛矿型、金红石型和混晶型纳米TiO<,2>，对TiCl<,4>的水解特性和不同晶型的TiO<,2>粒子形成的机理进行了深入的研究。将实验室制备得到的锐钛矿型和混晶型纳米TiO<,2>在空气中进行煅烧处理，利用X射线衍射(XRD)分析了煅烧温度对纳米TiO<,2>的晶体结构和粒径的影响，以及锐钛矿相向金红石相转变的温度，对纳米TiO<,2>的相变过程进行了热力学计算，理论计算与实验结果一致。 本研究采用真空热处理工艺对锐钛矿型纳米TiO<,2>进行了改性处理，紫外可见漫反射吸收光谱(DRS)表明，400℃和1000℃改性后的样品的光吸收阈值分别红移至480nm和600nm处，实现了对可见光的吸收。高分辨率透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析发现，改性后的样品中O/Ti原子比小于2，在TiO<,2>的晶体结构中产生了氧空位缺陷和Ti<3+>离子，共同作用改变了TiO<,2>的能带结构，在价带和导带之间形成了新的氧空位态，从而使吸收光的波长向可见光区移动。 本研究在H<,2>还原气氛和N<,2>气氛中进行热处理改性，也使各种晶型的纳米TiO<,2>的光吸收阈值均有不同程度的红移。对热处理气氛、温度和晶型等因素进行了研究，在H<,2>还原气氛下，最佳的处理温度在700℃左右，该温度下，锐钛矿型、金红石型和混晶型纳米TiO<,2>的光吸收阈值分别为450nm，490nm和500nm。而在N<,2>气氛中进行热处理时，最佳的温度为400℃左右，金红石型和混晶型纳米TiO<,2>的光吸收阈值分别为440nm和420nm。XPS分析也证实了在改性后的样品中存在氧空位缺陷。 最后，以甲基橙溶液为降解模型，研究了改性后的样品在可见光下的光催化活性。观察时间与降解率关系曲线的结果表明，改性处理后的样品在可见光下都具有光催化活性，并且根据热处理气氛、晶体结构以及内部缺陷数量等因素的不同而有一些差别。