面临日益严峻的环境污染和能源短缺状况,选择利用太阳光和适当的半导体光催化剂,降解有机污染物、裂解水产氢,已成为当前国内外相关研究者持续关注的热点研究课题。本论文作者首先重点概述了国内外学者关于二氧化钛半导体光催化剂改性研究的最新进展和面临的问题,进而提出了一些新的研究思路,然后系统总结了笔者在攻读硕士学位期间以“几种基于TiO₂{001}晶面的纳米花状异质结构的合成及其光催化性能增强研究”为题所做的研究工作,主要涉及以下两个方面的研究内容和结果:1)采用简便的水热法,通过晶面调控工艺,首先设计、制备出几乎完全由{001}晶面作为基本单元形成的三维（3D）TiO₂纳米花状颗粒载体。然后选择了窄带隙二元化合物p型半导体硫化镍（NiS）纳米粒子作为修饰剂组装到n型TiO₂纳米花暴露的{001}晶面上,以形成新型的3D纳米花状NiS/TiO₂ p-n二元异质结构光催化剂。实验研究结果表明,这种3D纳米花状NiS/TiO₂ p-n异质结构的光催化剂,具有非常优异的光催化活性,在模拟太阳光照射下,20 min内可使有机染料甲基橙（MO）的光降解效率高达98%,比纯TiO₂纳米花相同条件下的降解效率提高近10倍。分析认为,如此优异的性能应归因于NiS/TiO₂异质结构界面间的内建电场,以及TiO₂纳米花暴露的高能{001}晶面的协同作用,促使光生载流子高效分离和转移,从而显著增强了样品的光催化活性。该研究结果将为设计、制备基于完全由{001}晶面作为基本单元形成的三维（3D）TiO₂纳米花状颗粒载体异质结构的高效光催化剂提供有益的参考策略。2)在上述工作的基础上,针对电荷输运平衡问题,采用简单的化学浴沉积方法,将β-Ni（OH）₂纳米片修饰到3D纳米花状的NiS/TiO₂ p-n异质结构上,以形成β-Ni（OH）₂/NiS/TiO₂ p-n-p三元异质结构的纳米光催化剂。实验研究结果表明,这种3D纳米花状p-n-p三元异质结构,具有更加优异的光催化活性,在模拟太阳光照射下,15 min内即可使有机染料MO的光降解效率达到98%其速率常数可达0.146 min^-1;同时,还发现该光催化剂在无贵金属水溶液体系和目标污染物MO水溶液中均有可观的光催化析氢效果,其H₂的生成速率分别为18.78 umol.h^-1和7.28 umol.h^-1。分析认为,样品性能的进一步改善除了源于上述NiS/TiO₂异质结构界面间的内建电场与TiO₂纳米花的高能{001}晶面的协同作用外,所修饰的β-Ni（OH）₂做为助牺牲剂起到了空穴及时转移的作用,实现了载流子输运平衡,而其在氧化还原动态过程中生成的活性物种NiOOH亦在降解MO及制氢过程中扮演重要角色,从而进一步增强了样品的光催化活性。可见,该研究结果为设计、制备既能降解污染物又有产氢功效的新型光催化剂做了有益的尝试。