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在过去的几十年中，二氧化钛（TiO2）被证明是最有前途的环境应用光催化剂之一，由于其较高的反应性，化学稳定性，低成本以及环境友好功能而受到了广泛的关注。但是TiO2在实际应用中受到了，如响应光谱窄（只能吸收紫外光）、量子效率低，回收困难等诸多限制。为综合解决上述问题，文章进行了TiO2催化剂的制备和改性研究，采用了钛酸四丁酯为钛源，设计相对简单的合成方法，制备了两种TiO2微结构材料：微米级TiO2空心球和TiO2纳米棒阵列薄膜。通过对制备的TiO2微结构进行不同形式的改性（复合半导体结构、贵金属沉积、表面量子点敏化）提高了其光催化性能。论文的主要工作和结论如下：
1）首先制备了微米级空心球TiO2和纳米棒阵列TiO2两种微结构，TiO2空心微球直径约为3.97μm，解决了粉末光催化剂回收困难的问题，而且微球表面镂空结构则为光催化反应提供了更多的反应位点，同时增强了光的反射/散射，提高了光的吸收效率。纳米棒阵列TiO2的长径比约为17，有序的排列结构促进了光电子传输效率，提高的比表面积增强了对有机物的吸附能力。
2）在TiO2空心微球的基础上，通过一锅法合成了具有增强的可见光光催化活性的Cu2O/C@H-TiO2纳米复合材料。在TiO2与Cu2O的接触面上形成了异质结可以有效地分离光生电子-空穴对。由于Cu2O的可见光吸收，扩展了样品的响应光谱。作为Cu2O还原反应的伴随产物，无定形碳可以进一步改善Cu2O和TiO2之间的电子传导特性。亚甲基蓝（MB）水溶液降解的实验结果表明，Cu2O/C@H-TiO2纳米复合材料的降解效率是纯TiO2中空微球的3倍左右，并且可以实现更完全的降解。
3）对TiO2纳米棒阵列薄膜催化剂进行改性研究。金纳米颗粒（Au NPs约5nm）和碳量子点（CQDs：7~8nm）作为双助催化剂用于修饰TiO2纳米棒阵列（NRs）的表面，制成复合光催化剂薄膜：Au/CQDs-TiO2NRs。由于TiO2NRs表面上的Au纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)和CQDs的存在，抑制了电子的复合，扩大了可见光的吸收，并改善了电子传输性能。光电化学研究表明，比较纯TiO2NRs薄膜，Au/CQDs-TiO2NRs复合薄膜的光电流提高了约4倍。在光降解实验中Au/CQDs-TiO2NRs展示出最高的光催化活性，并且所有材料都具有很好的稳定性。
TiO2及其复合材料作为一种基础光电转化材料为制备高效率光催化剂提供了新的思路和解决方案，同时，在光学生物传感器、太阳能电池、光电转换电容器等光电器件中具有很大的应用前景。
1）首先制备了微米级空心球TiO2和纳米棒阵列TiO2两种微结构，TiO2空心微球直径约为3.97μm，解决了粉末光催化剂回收困难的问题，而且微球表面镂空结构则为光催化反应提供了更多的反应位点，同时增强了光的反射/散射，提高了光的吸收效率。纳米棒阵列TiO2的长径比约为17，有序的排列结构促进了光电子传输效率，提高的比表面积增强了对有机物的吸附能力。
2）在TiO2空心微球的基础上，通过一锅法合成了具有增强的可见光光催化活性的Cu2O/C@H-TiO2纳米复合材料。在TiO2与Cu2O的接触面上形成了异质结可以有效地分离光生电子-空穴对。由于Cu2O的可见光吸收，扩展了样品的响应光谱。作为Cu2O还原反应的伴随产物，无定形碳可以进一步改善Cu2O和TiO2之间的电子传导特性。亚甲基蓝（MB）水溶液降解的实验结果表明，Cu2O/C@H-TiO2纳米复合材料的降解效率是纯TiO2中空微球的3倍左右，并且可以实现更完全的降解。
3）对TiO2纳米棒阵列薄膜催化剂进行改性研究。金纳米颗粒（Au NPs约5nm）和碳量子点（CQDs：7~8nm）作为双助催化剂用于修饰TiO2纳米棒阵列（NRs）的表面，制成复合光催化剂薄膜：Au/CQDs-TiO2NRs。由于TiO2NRs表面上的Au纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)和CQDs的存在，抑制了电子的复合，扩大了可见光的吸收，并改善了电子传输性能。光电化学研究表明，比较纯TiO2NRs薄膜，Au/CQDs-TiO2NRs复合薄膜的光电流提高了约4倍。在光降解实验中Au/CQDs-TiO2NRs展示出最高的光催化活性，并且所有材料都具有很好的稳定性。
TiO2及其复合材料作为一种基础光电转化材料为制备高效率光催化剂提供了新的思路和解决方案，同时，在光学生物传感器、太阳能电池、光电转换电容器等光电器件中具有很大的应用前景。