随着社会的飞速发展和人口的急剧增长,环境污染和能源短缺已成为亟待解决的关键问题。作为一种绿色环保技术,半导体光催化在环境污染治理和清洁能源开发方面具有重要的应用价值。在众多半导体材料中,TiO₂因其具有性能稳定、安全无毒、价格低廉等特点,受到了人们的广泛研究和关注。近年来,科学家们发现一维结构的TiO₂纳米材料具有良好的电子迁移率和电荷分离能力,因而与传统TiO₂纳米颗粒相比,表现出了更高的催化效率。随着纳米技术的不断发展,用于制备一维TiO₂纳米材料的方法被相继开发出来,例如水热法、气相沉积法、阳极氧化法、静电纺丝法等。其中,静电纺丝技术是一种制备连续TiO₂纳米纤维的有效方法,所制备的材料具有结构可调性好、孔隙率高、光催化活性优等特点,因此静电纺TiO₂纳米纤维已成为TiO₂光催化领域的研究热点。然而,静电纺TiO₂纤维一般为多晶结构,普遍存在脆性大、易断裂等缺点,从宏观角度上看主要以碎片和粉末形式存在,在水环境中使用时仍会面临分离回收的难题,严重限制了其实际应用。此外,单一组分的TiO₂纳米纤维还存在太阳光利用率低、量子效率低等本征问题。因此,开发出具有可见光响应、高活性、易回收的柔性TiO₂基纳米纤维膜材料,对于推动其在环境光催化领域的实际应用具有重要的意义。本文将围绕静电纺柔性TiO₂基纳米纤维膜的可控制备及其在环境光催化领域的应用展开研究。通过聚合物模板调控或金属离子掺杂的方法,制备了柔性的TiO₂纤维膜,系统研究了纳米纤维的微观结构和力学性能间的关系,揭示了柔性TiO₂纳米纤维的形变机制。在此基础上,通过引入窄带隙半导体,构筑了具有不同异质结构的柔性TiO₂基纤维膜,并探索了其在可见光催化降解有机污染物和杀菌方面的应用。所取得的主要研究成果总结如下:（1）分别以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚环氧乙烷（PEO）为聚合物模板,通过静电纺丝和后续煅烧工艺制备了两种纯TiO₂纳米纤维。以PVP为模板制得的TiO₂纤维表面存在明显微裂纹,纤维中具有大量孔隙,纤维膜表现为脆性;而以PEO为模板制得的TiO₂纤维光滑致密,无裂纹缺陷,纤维膜具有良好的柔性。通过研究TiO₂前驱体纤维在不同煅烧温度下的孔隙结构及结晶情况,并结合前驱体纤维的热重分析,揭示了PVP和PEO的分子链结构和热分解温度对TiO₂纤维微观结构的影响作用。研究了柔性TiO₂纤维膜的宏观力学性能,虽然其拉伸强度只有530kPa,但弯曲刚度为31mN,比传统织物更柔软。进一步通过原位表征手段（FIB-SEM）从微观角度对TiO₂纤维柔性进行表征,发现纳米单纤维能承受180^o弯曲形变而不断裂,并且发生了一定的塑性形变。此外,我们通过结合HRTEM进行表征,发现纳米单纤维在弯曲部位处发生了局部的非晶化转变现象。基于上述分析,最后初步揭示了柔性TiO₂纤维的形变机制。（2）通过静电纺含有Zr⁴⁺离子的TiO₂前驱体溶液,最终制备出了力学性能增强的柔性Zr⁴⁺掺杂TiO₂纳米纤维膜。研究发现Zr元素成功掺杂到了TiO₂的晶格中,并且Zr⁴⁺掺杂量对纤维的微观形貌、晶体结构和孔结构具有重要影响。随着Zr⁴⁺掺杂量的增大,TiO₂纤维表面裂纹缺陷逐渐减少,而TiO₂晶粒尺寸和比表面积呈现先增大后减小的趋势。当掺杂10mol%的Zr⁴⁺时,TiO₂晶粒尺寸最小（17.5nm）,比表面积最大（38.8m²/g）,孔尺寸也显著降低（4.8nm）。最终所得纤维膜具有最大的拉伸强度（1.32MPa）,且经过200次的弯曲形变后纤维膜依然完好无损,表现出了良好的柔韧性。基于晶粒尺寸与纤维膜力学性能的关系,我们提出了符合“Hall-Petch”关系的TiO₂纳米纤维“细晶强化”机理。此外,我们还探索了Zr⁴⁺掺杂TiO₂纤维膜在光催化降解染料方面的应用,其紫外光催化活性优于商用P25纳米颗粒,并且具有更好的循环稳定性和易于回收的能力。（3）在上述柔性Zr⁴⁺掺杂TiO₂纳米纤维膜的基础上,依次采用连续离子层吸附反应（SILAR）法和光还原沉积法两种温和简便的改性方法,制备了具有多级异质结构的柔性Ag/BiOI/TiO₂纤维膜。在复合纤维膜中,二维的BiOI纳米片和零维的Ag纳米颗粒均匀地附着在TiO₂纳米纤维上。这些多级纳米结构的引入增大了纤维的比表面积,使吸附活性位点增多,同时复合纤维膜还展现出了良好的力学性能。通过荧光光谱和电化学分析,证实了Ag/BiOI/TiO₂形成的多级异质结构可以促进电子和空穴的有效分离,抑制光生载流子的复合。在可见光辐照60min后,Ag/BiOI/TiO₂可以使7.5log的E.coli失活,其可见光催化杀菌性能明显优于BiOI和BiOI/TiO₂。基于能带结构和活性物种分析,我们提出了一种等离子体Z型机制来解释Ag/BiOI/TiO₂的可见光催化增强机理。此外,具有较大尺寸的柔性Ag/BiOI/TiO₂纤维膜可以组装在光催化反应器中,用于大容量废水的连续高效消毒,在水消毒净化领域展现出了良好的应用前景。（4）以三聚氰胺为前驱体,采用热聚合反应在柔性静电纺Co²⁺掺杂TiO₂纳米纤维表面原位生成了g-C₃N₄纳米壳层,制备出了核壳异质结构的柔性g-C₃N₄@Co-TiO₂纳米纤维膜。通过简单改变三聚氰胺的含量,即可对纤维膜中g-C₃N₄纳米壳层的厚度和含量进行精确调控。研究发现g-C₃N₄纳米壳层对纤维膜的力学性能具有重要影响,随着壳层厚度的增加,纤维间逐渐形成粘结结构,有效抑制了纤维间的滑移,导致g-C₃N₄@Co-TiO₂纤维膜的拉伸强度和杨氏模量逐渐增大。同时,g-C₃N₄纳米层可以充当多晶Co-TiO₂纤维的保护壳,可有效吸收并耗散应力,减少纤维弯曲部位的应力集中,避免了纤维裂纹的萌生和扩展,从而使得纤维膜具有良好的柔韧性。此外,核壳界面处形成的紧密异质结有效促进了电子和空穴的分离,抑制了光生载流子的复合。最终g-C₃N₄@Co-TiO₂纤维膜表现出了优异的可见光催化降解性能和杀菌性能,在60min光照时间内,对盐酸四环素的降解率高达90.8%;在90min光照后,可使6log的E.coli失活。此外,柔性的g-C₃N₄@Co-TiO₂纤维膜还具有良好的催化稳定性和可回收性,在水处理领域具有广阔的应用前景。