水环境是构成环境的基本要素之一,是人类社会赖以生存和发展的重要场所。随着社会经济的高速发展,人口急剧膨胀和生活水平提高,人类对环境的污染越来越严重,尤其是对水环境的污染和破坏,已成为当今的主要环境问题之一,严重威胁着人类的生存和发展。污水能否达到排放标准由污水的污染指数决定,其中最重要的指标之一是污水的化学需氧量（COD）值,COD可作为衡量水体有机物相当含量的指标,对于污水的治理及水体的质量评价有着重要意义。测定COD的标准方法主要有重铬酸钾氧化法(COD_Cr)和高锰酸钾指数法(COD_Mn),但这些方法存在分析时间长、操作过程繁琐、测定准确度差、存在二次污染等缺点,因此寻找一种快速、准确、对环境友好,并能提高现有方法灵敏度的新方法十分必要。自从发现TiO₂光催化特性以来,以TiO₂为代表的光催化环保材料得到广泛的研究。其在光或电的激发下,可使表面吸附的羟基或水氧化成具有强氧化能力的羟基自由基（·OH）,可将水中多种有机污染物彻底矿化去除,而且无二次污染。通过对TiO₂半导体表面引发的光催化反应性能的研究发现其在实际应用中存在一些缺陷。n-TiO₂是一种禁带宽度为3.2 eV的宽禁带半导体,其光催化特性只限于紫外波段,对太阳能的利用率小于10%。由于电子和空穴极易复合,TiO₂的光生载流子很容易复合,影响光催化效率。因此,近年来人们主要从两方面入手,提高TiO₂的光催化效率:一是通过TiO₂的离子掺杂、TiO₂与其他半导体复合对催化剂表面进行修饰等手段降低TiO₂的禁带宽度。增加其吸收波长,充分利用太阳光;二是通过TiO₂表面沉积贵金属或金属氧化物、加入电子俘获剂或采用光电催化等手段,以阻止TiO₂光生电子-空穴对的复合,提高TiO₂的光催化效率。本论文制备并表征了一些新型的纳米TiO₂光催化剂,探讨了它们光电催化氧化有机物的机理和行为,进而建立了对水体化学需氧量进行测定的新方法。所建立的方法操作简单、无二次污染、灵敏度高、分析时间短,与标准方法比对具有很好的相关性,为环境监测提供一种全新的理念和思路。第一章绪论本部分从高活性纳米二氧化钛光催化材料的催化机理、制备、应用和化学需氧量的检测现状与发展等方面作了综述。第二章新型Au/TiO₂纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究首次用光电催化的方法,在TiO₂纳米管中嵌入金纳米粒子,新材料可以促进界面间电子的传递,有助于电子和空穴对的分离,进而提高光催化效率。将该材料首次用于光电催化法化学需氧量（COD）的测定,发现该传感器的光电流值在1～800 mg/L范围内与COD值有良好的线性响应,检测限为0.3 mg/L。结果与传统的K₂Cr₂O₇标准方法有较好的一致性。第三章PPy/TiO₂纳米管阵列电极的制备及其光电化学性质制备PPy/TiO₂纳米管阵列电极（PPy/TiO₂ NTs）:（1）在HF溶液中通过阳极氧化法电化学合成TiO₂纳米管阵列;（2）继而通过电化学聚合法制得PPy/TiO₂纳米管阵列电极。该电极的光电化学性质是在三电极电池中研究,其中0.5 mol l^-1Na₂SO₄溶液作为支持电解质。与TiO₂ NTs电极相比,PPy/TiO₂ NTs电极上的光电流显著增加。第四章TiO₂纳米管电极声光电催化降解含氮染料探讨了用声光电催化方法降解溶液中的含氮染料甲基橙（MeO）。在光电催化过程（PEC）和声光电催化过程（SPEC）中TiO₂纳米管被用作电极,在光催化（PC）和声光催化过程（SPC）中被用作光催化剂。实验结果表明复合的催化过程能有效的提高对甲基橙的降解效率。在最佳的实验条件下,在SPEC,PEC,SPC和PC过程中,甲基橙的去除速率常数分别为0.0732 min^-1,0.0523 min^-1,0.0073min^-1,0.0035 min^-1。速率常数明显表明在超声、电辅助和光催化的杂化过程中存在协同效应。第五章溶胶-凝胶法制备ZrO₂/TiO₂复合膜及其用于水体中化学需氧量的测定溶胶-凝胶技术制备了ZrO₂-TiO₂复合纳米膜,以Cr（Ⅵ）作为光生电子的接受体,用光催化氧化法测定水体中化学需氧量。ZrO₂的掺杂可以有效防止催化剂中毒,提高膜的重现性和利用率。与单纯的纳米TiO₂膜相比,该材料提高了系统的电荷分离效率,扩展了其光谱响应范围,从而表现出更好的光催化效率。