半导体催化材料在解决当前全球性的环境问题和能源危机方面有广泛的应用前景。TiO₂作为传统半导体光催化材料因其化学性质稳定、无污染及低成本等优点被广泛使用,但提高TiO₂光催化材料的可见光利用率和促进其光生电荷分离是目前急需解决的问题。本论文通过对多相TiO₂光生电荷进行调控,提高其催化和光电化学性能,从TiO₂光催化材料的相调控过程研究到复合材料设计,进行电荷动力学过程探究。具体是通过元素掺杂和结构调控等手段,增强材料的可见光响应能力;构建多相TiO₂-TiO₂纳米管同质结构以及通过铁电材料自发极化产生的电场作用,实现光生电荷的有效分离和利用,主要研究工作如下:（1）采用氨水调控TiCl₃水解,通过水热法制备出一系列可调相结构（锐钛矿/金红石,锐钛矿/金红石/板钛矿,锐钛矿/板钛矿）TiO₂。使用XRD分析多相TiO₂中的相组成和含量,经SEM和TEM进一步确定各相形貌结构。研究结果表明,合成的TiO₂光催化剂材料中不同相含量和组成与氨水浓度密不可分。当加入4 m L氨水时,可形成具有最紧密界面结构和最大比表面积的锐钛矿（61%）/板钛矿（39%）TiO₂(A₆₁B₃₉)。与三相TiO₂相比,A₆₁B₃₉具有合适的能带结构和量子尺寸的板钛矿,更有利于促进电荷的分离与转移。对样品进行可见光催化降解实验,100 min内左氧氟沙星的降解率达到73%。（2）以TiN和阳极氧化形成的TiO₂纳米管为原料,采用水热法一步原位构建N/Ti³⁺共掺杂三相TiO₂-TiO₂纳米管阵列。通过对样品的物相、晶体结构和形貌进行表征发现,N/Ti³⁺共掺杂三相TiO₂纳米颗粒均匀沉积在TiO₂纳米管阵列上。由于N和Ti³⁺的掺杂,多相TiO₂的吸收带边发生红移,同时三相TiO₂-TiO₂纳米管同质结构的建立有利于光生电荷的分离。实验结果表明,与水热处理后的TiO₂纳米管相比,经过水热沉积后得到的复合材料具有更好的光电化学性能。当加入25 mg TiN时,形成的N/Ti³⁺共掺杂三相TiO₂-TiO₂纳米管阵列能产生更多的光生载流子和增强的光转换效率以及光电化学性能。（3）以硝酸铋、P25和氢氧化钠为前驱体,通过水热法合成Bi_0.5Na_0.5TiO₃纳米颗粒后,将其与TiO₂（P25）以不同的质量比在水中超声分散混合,构造多相TiO₂/Bi_0.5Na_0.5TiO₃异质结。通过XRD、SEM和TEM等对样品进行物相组成及微观结构分析,结果显示该异质结构在锐钛矿相TiO₂和Bi_0.5Na_0.5TiO₃之间形成紧密的接触界面。XPS测试结果表明,这种结构有利于电子从TiO₂向Bi_0.5Na_0.5TiO₃转移,同时铁电材料内部自发极化产生的电场,可以抑制光生电子-空穴对的复合。因此,复合结构具有优异的光电化学性能和超声催化性能。