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近20年来，纳米半导体光催化技术引起了科学界和工业界的极大关注。在众多的氧化物半导体光催化材料中，TiO2表现出在光照下的强氧化性、无毒和长期光学、化学稳定性等在净化环境方面的诱人应用前景。Ti基电化学阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列膜具有独特的高度有序结构，作为一种新型的光催化电极可表现出良好的力学特性、强的化学稳定性、大的比表面积、高的量子效应、简易的制备过程及可重复使用等特性，TiO2纳米管阵列膜表现出比TiO2纳米颗粒膜更优异的光催化性能，引起了人们极大研究兴趣。然而，在TiO2中光生电子-空穴对的复合率高限制了其光催化效率的提高。此外，锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，只有波长λ＜387nm的太阳光才能使其激发产生光生电子-空穴对，太阳能利用率仅3-4％。研究者们一直在努力探索多种制备方法和改性技术，以期提高TiO2纳米管阵列膜的光催化效率和对太阳光的利用率。
本工作旨在通过电化学沉积法对TiO2纳米管阵列膜进行改性，以期提高TiO2纳米管阵列膜的光催化效率，并扩展其可见光响应。一方面，分别通过Ag纳米颗粒负载和CdS/Ag纳米颗粒共负载，利用Schottky效应、电场辅助及Z型结构的优势，提高TiO2纳米管阵列膜光生电子-空穴对的分离效率。另一方面，分别通过CdS纳米颗粒耦合和等离子体型Ag纳米颗粒负载，利用CdS窄禁带及Ag的表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance，简称SPR)效应，扩展TiO2的可见光光吸收和光电化学活性。利用SEM、TEM、EDX、XRD、XPS、Raman、UV-vis漫反射谱、光致发光谱、光电流谱等手段对改性后的纳米管阵列膜的表面形貌、组成成分、晶型结构、光吸收性能、光电化学活性进行表征，并通过对甲基橙或亚甲基蓝的降解考察其光催化活性。主要研究进展如下：
1．应用单向电流脉冲沉积法在TiO2纳米管阵列膜表面成功地沉积了高度分散、负载量可控的Ag纳米颗粒，获得了Ag纳米颗粒负载的TiO2纳米管阵列膜。研究表明，在紫外光照射时下，TiO2纳米管阵列膜负载Ag后光生电子-空穴对得到了有效的分离，光电流和入射单色光子-电子转化效率(incident photo to current conversion efficiency，简称IPCE)显著增大，Ag-TiO2纳米管阵列膜的光催化活性比单纯TiO2纳米管阵列膜明显提高；在Ag纳米颗粒和电场辅助协同作用下，Ag-TiO2纳米管阵列膜的光电催化活性进一步提高。
2．通过调控电沉积液中Cd2+、S的浓度和S/Cd比，实现了CdS纳米颗粒在TiO2纳米管阵列膜表面的室温电沉积制备。CdS纳米颗粒均匀地沉积在TiO2纳米管内、外壁上和管底部。光电流和IPCE结果表明，CdS纳米颗粒的耦合不仅提高了TiO2的光电转换效率，而且光响应可拓展至可见光区，提高了太阳光的利用率。
3．通过两步电化学沉积法构筑了Z-型CdS-Ag-TiO2三元复合纳米管阵列膜。光致发光的测试表明，Z-型CdS-Ag-TiO2三元复合纳米管阵列膜的光生电荷分离率高于CdS-TiO2和Ag-TiO2二元复合纳米管阵列膜，也明显高于纯TiO2纳米管阵列膜。光催化实验表明，Z-型CdS-Ag-TiO2三元复合纳米管阵列膜的光催化降解MB的活性高于CdS-TiO2和Ag-TiO2二元复合纳米管阵列膜，而且比纯TiO2纳米管阵列膜提高了约1.7倍。
4．应用换向电流脉冲沉积法在TiO2纳米管阵列膜表面成功地沉积了高度分散、负载量可控、颗粒尺寸可控和沉积位点可控的Ag纳米颗粒，获得Ag纳米颗粒负载的TiO2纳米管阵列膜。UV-vis光谱和光电流测量表明，在可见光区域，等离子体型Ag-TiO2纳米管阵列膜的光吸收和光电响应均比单纯TiO2纳米管阵列膜有明显提高，光吸收和光电活性与管阵列膜表面Ag纳米颗粒的分布、负载量、颗粒形貌及颗粒尺寸关系密切。