随着工业革命的爆发，近几个世纪，我们生活的地球大气中二氧化碳含量急剧上升，以及地球上化石的燃料储量急剧消耗，这导致了地球温室效应，能源危机。现如今，关于如何把太阳能转化为所需要的能量，这是目前科学界研究的一个热点问题。而在这其中最有发展和应用前景的研究方向就是利用半导体作为我们的催化剂进行光催化的相关应用。二氧化钛TiO2是我们经常遇到常见的n型半导体材料，其自身的禁带宽度大概为3.2 eV，只能够吸收利用太阳光中的紫外光部分，显著影响降低了对太阳光的利用效率，并且激发后产生的光生电子空穴对重组比较严重，严重影响了TiO2的催化活性。本论文主要通过掺杂修饰改性和复合半导体修饰的方法来讨论如何提高半导体催化剂在可见光范围内的光催化活性。　　本文通过简单的两步法合成了N-TiO2这种N掺杂改性的二氧化钛，改变了二氧化钛的禁带宽度，提高了对可见光的吸收效果，对比较单独的二氧化钛，该催化剂在可见光光照下降解甲基橙的性质有较大提高。　　其次，本文成功的合成了Cu2O@TiO2这种二氧化钛包裹氧化亚铜的复合催化剂结构，大大提高了所合成催化剂的活性，提高了对于可见光吸收利用的能力。对甲基橙的整体催化效果来说更优于之前单个催化剂的催化效果。　　最后，基于以上研究结果，采用简单的方法进一步合成了N掺杂改性二氧化钛包裹氧化亚铜的复合催化剂(Cu2O/N-TiO2)。这种复合催化剂形成了p-n异质结结构，促进了Cu2O/N-TiO2的光生电子和空穴对的有效分离，从而提高了复合催化剂的光催化活性。在可见光（大于400 nm）光照条件下，该复合催化剂的催化活性主要体现在(1.)2h降解甲基橙效率是99％，而TiO2只降解了12％。(2.)光解水产氢效率是TiO2的24倍。(3.)光催化还原二氧化碳效率是TiO2的47倍。　　本论文中将合成改性催化剂Cu2O@TiO2、 N-TiO2、 Cu2O/N-TiO2应用于可见光催化分解降解常见的水污染物甲基橙染料中，比起单独的TiO2在可见光条件下，降解效果成倍的提高。N-TiO2和Cu2O/N-TiO2应用于可见光条件下的光催化分解水产氢和光催化还原二氧化碳，相比于单独的TiO2其催化效果也成倍提高。　　复合催化剂Cu2O/N-TiO2的可见光催化分解水和二氧化碳还原是第一次报道。该论文所获得的实验结果对净化环境以及有效利用太阳能产氢和转化二氧化碳等方面具有非常重要的意义。