本研究从提高TiO2光催化活性的角度对TiO2进行掺杂改性，通过多种先进的实验手段研究光催化过程的微观机理，寻找制约光催化效率的本质原因，为高效光催化剂的设计和制备提供理论依据。 本论文重点从机理的角度深入研究了稀土、碱土金属离子掺杂TiO2光催化剂制备条件、掺杂金属离子存在状态等对TiO2光催化活性的影响，取得了一些显著创新性成果，对制各高效光催化剂具有重要的指导意义。同时也制各了具有可见光活性的非金属N掺杂TiO2光催化剂。本论文有创新和有意义的研究结果如下： 1.系统研究了系列碱土金属离子掺杂对TiO2光催化分解水制氢活性的影响。用浸渍法制备出了高活性的碱土金属离子掺杂的TiO2光催化剂，其中Be2+离子掺杂TiO2光催化剂活性最高。本实验结果表明，当Be2+离子的掺杂量为1.25at.％、催化剂煅烧温度为400℃、煅烧时间为1h时，光催化反应进行1h后，Be2+离子掺杂TiO2光催化剂光催化分解水的活性比纯TiO2的光催化活性提高了80.8％。通过对掺杂TiO2光催化剂结构分析，发现碱土金属离子掺杂TiO2后并没有引起TiO2的晶型发生变化，但Be2+、Mg2+和Ca2+离子掺杂后使TiO2的晶格发生畸变，产生晶格缺陷，从而引起TiO2晶体中电子浓度发生变化。Sr2+、Ba2+离子掺杂后，TiO2的晶格基本没有发生变化。通过对掺杂方式、煅烧温度和煅烧时间对掺杂TiO2光催化剂活性的影响分析，对碱土金属离子掺杂TiO2机理进行了探讨，认为掺杂TiO2光催化剂的光催化活性与掺杂离子的大小和掺杂离子在TiO2晶格中的位置有关。当掺杂离子的半径小于或接近Ti4+离子半径时，掺杂能大大提高TiO2光催化剂的活性；当掺杂离子的半径大大地大于Ti4+离子半径时，掺杂效果较低，TiO2光催化活性变化不大。碱土金属离子掺杂TiO2光催化剂的活性大小次序为Be2+＞＞Ca2+＞Mg2+＞Sr2+～Ba2+。特别地，当掺杂离子处于TiO2的表面或浅表面时，掺杂是有利的，可以提高TiO2光催化剂的光催化活性；而当掺杂离子处于TiO2的体相深处时，掺杂对TiO2是不利的，掺杂反而降低了TiO2光催化剂的光催化活性。此结论对于理解光催化的本质具有重要意义。 2.研究了稀土Sm掺杂对TiO2光催化降解苯酚的活性影响，研究结果表明，稀土Sm掺杂TiO2后能阻止TiO2由锐钛矿型向金红石型的转化；Sm的掺入也明显减小了TiO2的粒径，增大了TiO2的比表面积，提高了TiO2对紫外光的吸收和对反应底物的吸附。通过程序升温脱附(TPD)实验发现氧在Sm掺杂TiO2光催化剂表面吸附强度和吸附量比纯TiO2都大，而反应物种的强吸附有利于电子和空穴的转移，使光催化反应易于进行，从而提高了TiO2光催化剂的光催化活性。 3.采用溶胶-凝胶-浸渍法将硅与稀土离子在TiO2上的掺杂结合起来，制得了高活性的Eu/Si/Ti三组分体系的纳米光催化剂。通过结构分析，证实了适量的Eu3+和Si4+离子掺杂能阻止TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变，使TiO2的粒径大大减小，表面吸附大大增强。而且，Eu3+离子的存在还能促进Si4+离子进入TiO2晶格。光催化降解甲基橙的活性实验表明，当Eu3+离子单独掺入TiO2的质量百分比为0.03％时，TiO2活性最好，TiO2光催化活性提高了¨％；当Si4+离子单独掺入TiO2且SiO2的质量百分比为39.06％时，TiO2活性最好，TiO2光催化活性提高了25％；而当Eu3+(WEu3+=0.03％)和Si4+(WsiO2=39.06％)离子共同掺入TiO2时，TiO2光催化活性提高了52％，大于Eu3+和Si4+离子单独掺杂对TiO2光催化活性提高之和，说明Eu3+离子和Si4+离子除单独对TiO2的光催化作用产生影响外，还存在协同作用，从而大幅度提高了TiO2的光催化活性。对Eu3+和Si4+离子共掺杂TiO2进行了机理探讨，下列几个因素是Eu3+和Si4+离子共掺杂对TiO2的协同效应产生的原因： 1)Si4+离子能进入到TiO2的晶格中，引起TiO2的晶格畸变，成为空穴的浅势捕获阱；Eu3+离子主要处于TiO2的表面，而Eu3+离子不但能促进Si4+离子进入TiO2的晶格中，还能起到光生电子浅势捕获阱的作用，Eu和Si的共同掺杂，有利于光生电子和空穴的分离，提高了TiO2的光催化活性。 2)Eu、Si共掺杂TiO2光催化剂中Ti-O-Si键的形成，有利于光生电子向粒子表面的迁移，并且，提高了TiO2光催化剂对甲基橙的吸附能力。 4.以TiCl4和浓NH3水为前驱体，采用较为简便的水解沉淀法制得了非金属N掺杂的TiO2光催化剂，用GaN基蓝色发光二极管为新型可见光源，通过对室内常见污染物气体甲醛的光催化降解，证明了N掺杂的TiO2光催化剂具有可见光活性，蓝色发光二极管作为一种新型光源在光催化研究和应用中具有很好的应用前景。