本文使用水热法对传统的紫外光催化剂二氧化钛进行掺氮改性处理,制备出具有可见光响应能力的光催化剂;使用软模板法制备出具有介孔结构的石墨相氮化碳材料。将所制备的氮掺杂二氧化钛与介孔石墨相氮化碳进行复合,并通过一系列表征手段对复合材料的光催化活性、晶型结构、形貌与尺寸大小进行深入而系统的研究。此外,通过光电化学分析与光催化机理分析,对复合材料的光生载流子的迁移与分离效率、自由基与主要的反应活性物质进行检测,从而推断复合材料的催化活性提升的原因与光催化机理。本实验的研究工作为设计并制备出具有良好的可见光响应能力、高的光催化活性和较强氧化能力的光催化剂提供了理论基础和实验证据,为今后更为深入的研究工作提供参考。探讨在氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备过程中,尿素与钛酸四丁酯的摩尔比对材料的结构和光催化降解亚甲基蓝性能的影响可知,最佳的尿素与钛酸四丁酯的摩尔比为3:1。此条件下,可制备具有表面纹理粗糙、褶皱、多孔结构的氮掺杂二氧化钛纳米颗粒。通过XRD、SEM、氮吸附、XPS、UV和PL等表征手段,研究氮元素对二氧化钛的改性机理。XRD结果表明,氮元素的掺杂对锐钛矿型二氧化钛的晶体结构影响不大。SEM结果表明,使用尿素和三乙胺制备的光催化剂均具有球体形貌特征。氮吸附结果表明,催化剂具有介孔结构和高的比表面积。XPS结果表明,氮元素的掺杂可使各元素的化学环境发生变化。部分电子由氮转移至钛,致使钛为富电子状态且结合能减小。UV-vis DRS结果表明,氮元素的掺杂使二氧化钛的光吸收能力增强、禁带宽度减小、光催化活性提升。PL结果表明,尿素与钛酸四丁酯的摩尔比为3:1时,荧光发射峰最弱,光生载流子的复合率最低,有利于提升光催化活性。探讨在氮掺杂二氧化钛与介孔石墨相氮化碳的复合制备过程中,当介孔石墨相氮化碳与钛酸四丁酯的质量比为1:2时,复合材料的催化活性最佳。通过XRD、SEM、TEM、氮吸附、XPS、FT-IR、UV和PL等表征手段对复合材料进行一系列表征并研究其光催化机理。SEM结果表明,氮掺杂二氧化钛颗粒主要负载于介孔石墨相氮化碳的表面孔结构中。XRD与TEM结果表明,复合材料是由介孔石墨相氮化碳和氮掺杂二氧化钛复合而成。氮吸附结果表明,在介孔石墨相氮化碳表面负载氮掺杂二氧化钛可增加复合材料的比表面积,有利于催化活性的提升。XPS结果表明,有部分电子由氮转移至钛,使钛原子上的电子云密度增大、结合能减小。FT-IR结果表明,在介孔石墨相氮化碳与氮掺杂二氧化钛之间存在有强相互作用的相界面,致使光生电子在两相间的转移效率得到提升。UV-vis DRS结果表明,复合材料在位于约430–460 nm的区域内有额外的可见光吸收能力。PL结果表明,复合材料使光生载流子的复合率降低。光电化学分析表明,当介孔石墨相氮化碳与钛酸四丁酯的质量比为1:2时,复合材料具有更高的载流子分离与迁移能力,从而具有更高的光催化活性。光催化机理分析表明,羟基自由基和超氧自由基为主要的活性物种,因此可知复合材料为Z型异质结,从而有效提升电荷分离效率与氧化还原能力。