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二氧化钛（TiO2）是具有优异光学和光化学性能的半导体化合物。调控TiO2的结构形貌、将纳米TiO2与其它半导体复合形成异质结和表面沉积贵金属是提高纳米TiO2量子化效率、拓展TiO2光响应至可见光范围和提升其光催化效能的重要途径。目前,这一技术领域主要存在TiO2形貌单一、与所复合半导体间尺度匹配差和缺乏对三组分异质结的研究等制约问题。针对这些问题开展多形貌纳米TiO2的可控合成,并以此制备TiO2基复合光催化剂的研究十分必要。本论文对以硫酸氧钛（TiOSO4）为钛源,采用醇热法可控合成中空管状等三种形貌纳米TiO2、制备相似粒径纳米TiO2-CdS异质结和中空管状TiO2-CdS-Au、纳米片状TiO2-ZnO-Au复合光催化剂技术进行了研究,对所制备纳米TiO2及其复合光催化剂的物相、结构形貌和光催化降解污染物、分解水制氢及抗菌等性能进行了测试表征,对各组分复合及光催化作用的形成机理进行了研究。研究了醇热法合成不同形貌纳米TiO2过程主要因素的影响和产物性能。控制反应体系中TiOSO4和乙醇、丙三醇组分比例及反应时间可分别得到中空管状和圆形纳米片状TiO2产物,不加入丙三醇,可得到TiO2纳米颗粒。各形貌TiO2均由锐钛矿和金红石混合相组成,并以锐钛矿为主,在紫外光照下均具有光催化降解甲基橙性能,其中以中空管状结构TiO2光催化活性最高;中空管状结构TiO2具有微孔-介孔特征,它由大量纳米片状物推挤形成,管内径约500nm1μm,壁厚约200nm,纳米片厚度约10nm,纳米片存在结构微孔。研究了通过TiO2纳米颗粒在乙酸镉-硫化钠水热体系反应方式制备CdS-TiO2异质结复合光催化剂及其结构和光催化性能。在CdS-TiO2中,CdS和TiO2尺度相近,一次颗粒均为纳米尺度（分别为22nm和12nm）,并通过彼此界面均匀结合。在可见光照射（8h）下,CdS-TiO2（CdS比例50%）对盐酸四环素降解率为87.06%,可见光催化作用显著强于纯TiO2（合成TiO2与P25）和CdS。研究了以中空管状TiO2为基体,通过在其表面分别负载Au纳米颗粒和CdS制备三元复合光催化剂及其结构、性能和机理。其中按先负载CdS,再负载Au顺序制得的TiO2-CdS/Au光催化活性强于先负载Au,再负载CdS制得的TiO2-Au/CdS。TiO2-CdS/Au可见光照射4h产氢量达14mmol/g。TiO2-CdS/Au效能得以提高的机理是:Au处在核-壳结构最外层,因而其电子捕获和表面等离子共振效应得到了有效发挥,并由此导致CdS的电子-空穴分离效率提高。通过在纳米片状TiO2上负载纳米Au和ZnO制备了TiO2-Au/ZnO复合光催化剂,TiO2-Au/ZnO具有良好的可见光催化产氢性能和抗菌能力,可见光照射4h的产氢量为1068μmol/g。添加TiO2-Au/ZnO涂料涂膜对大肠埃希氏菌的抗菌率达到98.2%。