由于当前各国在大力发展重工业和探索新科技的道路上,过度使用化石燃料带来了能源紧缺和环境恶化的问题,因此对可再生和无碳排放能源产生了巨大的需求。太阳辐射能作为储备近乎无尽的清洁能源引起各国重点关注,因而寻求高效开发太阳能转化为其他能源的方法成为探索新型能源的研究热点。半导体光催化技术由于其具备设备简单,成本低廉,绿色无毒,高效节能等特点成为突破能源瓶颈最有效的解决办法,不仅能分解水产生绿色能源氢气,还能降解有机污染物来净化水源。在众多光催化剂中二氧化钛（TiO₂）凭借其高效稳定等优势成为最具潜力的材料之一。但是TiO₂过大的带宽（3.2eV）和光生载流子容易复合等不足会限制其光催化性能。为了解决上述问题并推广TiO₂在光催化领域内的应用,本论文着重对材料的形貌和性能进行改性,首先通过三种不同合成方式制备TiO₂原始材料,分析晶粒结构与晶相分别对光降解和光解水能力的影响。接着进行自掺杂改性:通过电化学表面还原变为黑色TiO₂,造成了氧空位缺陷和晶格的无序表面,引入Ti³⁺改变带隙宽度,提升对可见光的吸收。再进行外掺杂改性:通过水热法负载的方式将MoS₂分别掺杂到黑色TiO₂体系中,形成复合半导体光催化剂,生成异质结并有效提升光催化性能。使用SEM,TEM,EDS分析其微观构成和晶相结构,通过XRD,XPS分析其晶型和元素价态,通过DRS、吸收光谱、光电流和BET等进行化学物理性质分析,通过光降解罗丹明B溶液和光解水产氢实验进行光催化性能测试。论文的主要具体内容有:（1）用分析纯AR级钛酸四正丁酯作为钛源通过水热法合成微米级球状H-TiO₂颗粒;煅烧商用Degussa P25 TiO₂合成纳米材料;创新性地采用多重电压阳极氧化法制备自由态TiO₂纳米管阵列（F-TNTAs）并通过改变超声时长,在30min时获得最佳性能。经过测试,F-TNTAs表现出最好的光催化性能:在30min内降解了73.3%的Rh B;光解水速率为0.5208mmol·g^-1·h^-1。（2）通过在真空管式炉内以NaBH₄为还原剂,以氩气为保护气对三组材料进行改性还原变为BH-TiO₂,B-P25和BF-TNTAs,测试光催化性能后发现BF-TNTAs表现最好:在光降解方面30内降解了89.2%的Rh B;在光解水方面产氢速度到达10.953 mmol·g^-1·h^-1,有效提升了21倍。（3）继续对样品进行外掺杂改性,以钼酸钠与硫脲作为原料,通过水热法生长的方式对三组黑色TiO₂掺杂MoS₂,并通过调整MoS₂的负载量（2%,3%,5%,7%）来探索最佳负载比例,结果显示不同样品均在负载5%wt时展现出最佳光催化性能,并且光电流与光吸收性能提升明显。在光降解方面BF-TNTAs/MoS₂性能最好,30min降解了97.2%的Rh B溶液;同样在光解水方面形貌结合最好的BF-TNTAs/MoS₂产氢速率最高,为19.0621mmol·g^-1·h^-1,效率提升最高到达36.1倍。（4）在材料稳定性方面,在改性前后水热法制备的球状H-TiO₂都表现最好;纳米材料P25稳定性居中;自由态纳米管F-TNTAs稳定性一般。此外还深度讨论了光催化时间对材料结构性能的改变,并结合SEM进行分析。