TiO₂半导体材料因其光催化活性高、化学性能稳定和具强氧化性的特点,成为最具应用潜力的催化剂材料。但TiO₂光催化材料存在两个严重的缺点:（1）在催化过程中,因其较宽的禁带宽度导致只能吸收太阳光中极少的紫外光;（2）TiO₂在光催化反应过程中电子空穴对极易复合。为此,本文采用溶胶-凝胶法制备了不同浓度Fe³⁺、Cu²⁺、Fe³⁺+Cu²⁺、Ce³⁺掺杂改性的二氧化钛光催化样品粉体,并对其进行了组织、结构表征及性能分析。结论如下:450℃煅烧温度下制备得到锐钛矿相和金红石相共存的TiO₂,高温促使TiO₂晶粒尺寸变大,团聚现象加剧。掺杂Fe³⁺的TiO₂粉末主要由锐钛矿相组成,Fe³⁺促进金红石相向锐钛矿相TiO₂转变,且有细化晶粒的作用。Fe³⁺掺杂含量为1.0%的TiO₂表面大量羟基（-OH）存在,且吸收带边发生红移,显著提高了TiO₂的光催化性能。调节反应体系初始pH和罗丹明B（RhB）的初始浓度可获得最佳的催化效果。在pH=9的反应溶液中,Fe³⁺掺杂含量为1.0%的TiO₂对2.5 mg/L的RhB降解率最高为83.97%,比纯TiO₂的67.97%降解率提高了16.32%。掺杂Cu²⁺的TiO₂为晶粒尺寸较小的的锐钛矿结构,紫外可见光谱分析得到其光谱响应范围明显增大。Cu²⁺掺杂含量为1.0%的TiO₂对RhB的降解率最佳为87.65%,比纯TiO₂的降解率67.97%提高19.68%。Fe³⁺和Cu²⁺共掺杂对TiO₂的掺杂改性效果更佳,掺杂含量为0.5%Cu和0.5%Fe的TiO₂对RhB的降解率为89.40%,降解率提高了21.75%。Ce³⁺掺杂改性形成了一定结晶度的锐钛矿型TiO₂,和Cu²⁺改性机理相像,不形成金红石相。Ce³⁺的掺入细化了TiO₂晶粒尺寸,改善了团聚现象。Ce³⁺掺杂使TiO₂表面存在更多的羟基,TiO₂光吸收带边红移,且在紫外光区的吸收强度明显增强。通过Ce³⁺对TiO₂进行掺杂显著提高了其催化活性。Ce³⁺掺杂含量为1.0%的TiO₂对RhB的降解率最佳为85.79%,比纯TiO₂对RhB的催化降解率提高了18.14%。