人类进入21世纪后，随着环境污染的日益严重，环境污染的控制与治理已经成为人类社会面临的亟待解决的重大问题。水环境污染是环境污染的一大方面，水环境污染在我国的形势相当严峻，因此水环境研究是环境研究的重要课题之一，受到广泛的重视，污水能否达到排放标准由污水的污染指数决定，其中最重要的指标是化学需氧量值（COD），COD是评价水体污染的重要指标之一，是水质监测分析中最常测定的项目。目前测定COD值普遍采用标准方法，即高锰酸钾指数法和重铬酸钾氧化法，但上述方法所需试剂量大、操作时间长、操作过程繁琐且有二次污染等缺点，因此，寻找一些快速、简便、准确、实用、对环境友好的分析方法已引起人们的极大重视。近年来，纳米半导体材料受到了人们的广泛关注，尤其是TiO₂，被誉为当前最具应用潜力的一种光催化剂。利用其光电特性，在光或电的激发下，可使表面吸附的羟基或水氧化生成具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），可将水中有机污染物完全降解为水和二氧化碳，不仅降解效率高，而且无二次污染。因此利用TiO₂光催化剂进行光催化氧化有机污染物，是近年来水处理领域的研究热点，在环境监测方面显示出广阔的应用前景。但是它仍然存在着不足，主要表现在：由于它是一种宽带系半导体材料，只能对能量较大的紫外光有响应，能量较低的太阳光不能被利用，太阳光利用率低（仅占3％—5％）；其次，光生电子和空穴容易复合，导致光催化效率低，这些限制了其在环境分析中的应用。因此要使TiO₂在光催化方面真正走向实际应用，就必须对其进行改性，增加它的光吸收波长范围，更好地利用太阳光，同时降低半导体载流子的复合率，提高其催化效率。本论文制备并表征了一些新型的纳米TiO₂光催化剂，探讨了纳米TiO₂光、电催化氧化有机物的机理，提出了一种利用具有光、电催化活性纳米TiO₂对有机物进行光、电催化氧化降解，进而对水体化学需氧量进行测定的新方法。所建立的方法操作简单、无二次污染、灵敏度高、分析时间短，与标准方法比对具有很好的相关性，为环境监测提供一种全新的理念和思路。第一章绪论本部分从COD检测现状与进展，纳米二氧化钛材料的发展、特性，光、电催化机理研究及应用等方面作了综述。第二章TiO₂纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究采用电化学阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列，并首次用于COD的检测中。一定浓度范围内，光生电流变化值与水样的COD值存在线性关系。与传统的重铬酸钾氧化法相比，该传感器具有测定快速，不需有毒、昂贵试剂，便于实现自动化等优点，具有广阔的应用前景。第三章新型光催化复合纳米材料—ZnO／TiO₂膜用于化学需氧量测定的研究本章制备了纳米ZnO／TiO₂复合薄膜，并将其用于测定地表水等低污染水体的COD值。纳米ZnO／TiO₂复合膜-Mn（Ⅶ）共存体系光催化降解水体中的有机物，COD值在0.3～10.0mg／L浓度范围内与信号成良好的线性关系。将该方法用于实际水样的检测，测定结果与高锰酸钾标准分析法有较好的一致性。第四章QDs-CdS敏化TiO₂复合薄膜的制备及其光电催化降解甲基橙的研究本章采用自组装的方法在TiO₂薄膜上制备了QDs-CdS／TiO₂复合薄膜。以甲基橙为研究目标，进行了甲基橙光电催化动力学研究。实验结果表明甲基橙的降解率得到显著提高，表现出优良的光催化降解性能，说明QDs-CdS敏化与光电催化技术结合是提高纳米TiO₂光催化活性的一种有效途径，从而拓展了量子点在环境分析中的应用范围；第五章新型光催化复合纳米材料QD-CdS／TiO₂在化学需氧量测定中的应用研究本章以QDs-CdS／TiO₂为光电催化传感器，并首次用于水样中化学需氧量（COD）的测定。由于复合薄膜比TiO₂薄膜具有更高的光电催化活性，因此建立的新方法提高了COD测定灵敏度和线性范围，在15～600mg／L范围内具有良好的线性响应，相关系数为0.9998。将该传感器用于实际水样的测定也取得了满意的结果，与标准K₂Cr₂O₇法相比有很好的相关性。