环境污染和能源枯竭是21世纪人类可持续发展所面临的两大挑战问题。太阳能是人类最重要的自然资源；它直接或间接地为人类维持正常的生存活动提供能量。如何将太阳能充分用于人类的生存与发展是一个需要解决的大课题。半导体光催化是一种以光能转换成化学能为核心的技术，直接利用激发光源来驱动氧化-还原反应。从能源利用角度来讲，发展光催化技术具有非常重要的战略意义。自1972年Fujishima和Honda利用TiO2发现半导体电极水解制H2的现象后，科研工作者纷纷开展了光催化的研究。半导体光催化是指在有光参与的情况下，发生在半导体及其表面吸附物之间的光化学反应。因此，光和半导体催化剂是发生光催化必不可少的两个因素。在诸多的半导体催化材料中，以其独特的优势，如光稳定性好、廉价易获得、无二次污染等特点，TiO2受到科研工作者的广泛关注。然而，TiO2半导体自身的宽禁带特征限制了它的光响应范围，使得只有能量大于或等于3.2eV（锐钛矿TiO2的带隙宽度）的紫外光子才能引起光催化反应，而紫外光区的辐射能仅占太阳光辐射能总量的5%左右。如何扩展TiO2光频响应范围是目前该研究领域的一个热点。通过非金属掺杂、贵金属沉积或与半导体复合等方法，研究者将TiO2光响应范围扩展至可见光区。我们研究组2010年首次报道了具有近红外光响应的TiO2@YF3:Yb,Tm光催化材料。它利用YF3:Yb,Tm将近红外光转换成紫外-可见光的上转换发光特性，将TiO2的光频响应范围拓展至近红外光区。在上述工作基础上，本论文进一步优化了制备条件，在微纳尺寸的NaYF4上转换发光基质材料上成功地包覆了TiO2壳层。利用稳态和动态光谱，我们深入地研究了复合材料中上转换发光组份与半导体组份之间的能量交换方式；通过设计对照实验阐明了上转换/半导体复合体系在近红外光辐照下使有机物发生分解的本质，并初步研究了影响近红外光催化效率的一些因素，阐明了这种新型材料的红外光催化机制；获得了以下结论和创新性研究成果：（1）采用水热法和溶剂热法制备了微纳米尺寸的六方相或立方相NaYF4:Yb,Tm晶体。通过控制钛酸四丁酯（TBOT）在乙醇/水混合溶液中水解、缩合速率以及进一步的水热处理，合成了TiO2@NaYF4:Yb,Tm核壳结构复合材料。结构与电子显微分析表明上转换颗粒表面沉积了由锐钛矿结构的TiO2纳米颗粒构成的孔状包覆层。通过改变反应前驱体溶液中上转换材料和TBOT的相对浓度实现了对TiO2壳层厚度的控制。这种氟化物/TiO2体系复合结构的制备方法可推广用于其它无机物/半导体体系复合材料的制备。（2）在复合材料制备过程中我们不断地摸索和优化了实验条件。通过选择水解速率小的TBOT作为TiO2的反应前躯体，我们提高了TiO2的包覆质量；通过选择水热法作为退火方式，我们有效地控制了上转换颗粒和TiO2纳米晶的生长速度并且改善了TiO2的结晶度；通过选择NaYF4替代YF3作为基质材料，我们提高了上转换发光效率。（3）上转换发光和吸收光谱分析表明TiO2壳层能有效地吸收NaYF4:Yb,Tm核的紫外上转换发光。通过对NaYF4:Yb,Tm、TiO2@NaYF4:Yb,Tm复合材料和NaYF4:Yb,Tm-TiO2混合材料的荧光动力学分析，我们首次阐明了在混合材料中对TiO2的激发主要源自NaYF4:Yb,Tm紫外上转换发光的辐射-再吸收（radiation-reabsorption）；而在复合材料中对TiO2的激发是紫外上转换发光辐射-再吸收和上转换与TiO2二者之间荧光共振能量传递（fluorescence resonanceenergy transfer, FRET）共同作用的结果。复合材料和混合材料的光催化对比实验表明FRET是提高光催化活性的一个重要机制。（4）通过羟基自由基（OH）检测实验阐明了上转换/半导体复合体系在近红外光辐照下使有机物发生分解的本质。在仅有近红外光辐照和有上转换颗粒存在的条件下，有机物几乎不分解，同时也没有观察到OH的产生，这表明红外光照及其产生的热不能有效地分解有机物；而复合材料在近红外光辐照下，我们在观测到有机物发生了分解的同时也检测到了OH的生成，表明有机物分解是由催化剂在红外光照射下产生的OH的氧化作用所致。（5）研究了影响复合材料光催化效率的因素。我们发现TiO2@NaYF4:Yb,Tm复合材料在不同pH值水溶液中的光催化活性不同，比如甲基橙（MO）作为催化底物时，溶液的酸性条件更加有利于提高TiO2@NaYF4:Yb,Tm复合材料的光催化活性。