二氧化钛近年来被大规模的开发并且商业用途越来越广,其本身是一种非常普通的金属氧化物,在自然界中会大量的存在,这导致它的成本十分低廉并且容易获得。同时,二氧化钛又具有相当好的化学稳定性以及光电性能,这又使它成为无毒无害,对环境友好的绿色材料。二氧化钛纳米管阵列的制备方法及其各自特点如下:通常情况下,水热法或者溶胶凝胶法制备的二氧化钛生长方向较为随机,而模板法由于复杂的制备工艺而受到限制。阳极氧化法不仅制作方法简易并且能生长出高度有序二氧化钛纳米管阵列,同时又具有尺寸小、比表面积大和一维管状结构利于电子传输等优点。为进一步提高和拓宽其实用性,本文就二氧化钛在应用中的两大缺点进行改进:第一,禁带宽度过大使得二氧化钛对光感应产生限制,无法有效利用可见光;第二,即使在紫外光的照射下,激发的空穴电子对也不断地进行复合,这将限制光生电子的数量,同时一定程度抑制了活性基团的生成。对于解决第一种问题,本文选择的方法是对二氧化钛进行金属离子掺杂,通过引入杂质能级来提高光吸收范围。对于第二种问题,本课题选择ZnO对TiO₂纳米管阵列进行复合形成异质结构,减小电子空穴复合概率,使更多光生电子扩散到二氧化钛表面。具体方法如下,本课题以“低温结晶法”为技术基础,深入研究阳极氧化TiO₂纳米管阵列在过渡金属离子水溶液复杂环境中的溶解-结晶新规律和特性,开发一种高效的“低温原位掺杂法”,并揭示出金属离子对其可见光光催化活性的影响规律,得到具有可见光光催化活性的TiO₂纳米管阵列。同时研究ZnO@TiO₂异质结构形成机理,探究催化大分子有机物的具体效果,并和纯TiO₂纳米管阵列进行对比,研究不同复合方式对催化性能的影响,提出合理的制备方案,得到催化性能最佳的复合薄膜。