对于日益严重的能源与环境问题，光催化技术极具应用前景。TiO2由于其特殊的光学和电学性质，广泛应用于各类光催化反应中。然而传统TiO2催化剂也存在禁带过宽，光生电子空穴复合率高等局限，导致其催化效率低下，无法有效利用太阳能。针对这一状况，研究者们开展了各种研究致力于改善TiO2材料的催化性能。　　在本文中，基于光催化反应的界面设计了一系列的光催化剂并对其性能进行研究，主要包括以下内容:1.设计制备了界面银离子与表面的纳米银簇协同作用进一步提高光催化活性;2.引入氟原子稳定表面氧空位，保留其在光催化反应中优势。3.利用无定形TiO2的真空转晶制备富含体相/表面氧空位的TiO2光催化剂;4.设计制备含表面氧空位簇的TiO2光催化材料，带来了更加优异的催化效果;5.设计制备了光驱动的Pt簇再分散的TiO2光催化剂。同时将催化剂用于实际应用中，包括:染料废水的净化;气相污染物的降解以及光电转换。　　本文第二章，由于原位生长的纳米Ag0簇覆盖了界面晶格Ag+，阻碍了在晶格Ag+物种上捕获的光生电子与吸附氧分子进一步反应，无法有效提高TiO2的光催化活性。通过洗脱再负载的方法制备了Ag+/TiO2@Ag0催化剂，避免界面晶格Ag+被Ag0覆盖。这两种Ag物种均能扮演电子捕获阱的角色，很好地抑制了电子-空穴复合。此外他们又能够作为活性位点与吸附的氧气分子反应，有效地提高了催化剂的活性。源于晶格Ag+和Ag0簇之间的协同作用，Ag+/TiO2@Ag0的光电转换能力以及对染料废水甲基橙的光降解活性得到了大幅度的提升。　　本文第三章，基于表面Ov不稳定，易湮灭的缺点，引入氟原子占据足量的氧空位，这样的实验设计保留了原先表面氧空位在吸附、促进光生电子/空穴分离等方面的优势，还使修饰后的氧空位在光催化反应中保持很好的稳定性。所获得的F-V-TiO2催化剂拥有稳定化的缺陷位点，在光电流响应、活性物种的转化效率以及对于光催化降解MO测试中展现出了优越的活性。　　本文第四章，借助于无定形TiO2向锐钛矿转晶的过程，通过真空热处理的方式将氧空位同时引入至TiO2体相和表面。最佳的处理温度为350℃。不同于常规的表面Ov修饰TiO2，所制备的催化剂V350拥有丰富的体相/表面氧空位，对于可见光吸收以及光生载流子的分离性能均得到大幅度的提高。最终，相对于其他催化剂样品，V350的光催化活性得到大幅度提升，在可见光下降解酸性橙(AO7)的能力得到极大提升。　　本文第五章，利用真空热处理的方式在催化剂表面制造Ov。随后对催化剂进行羟基化处理。基于羟基稳定氧空位簇(Ov-clusters)独特的功作用，对催化剂进行二次真空热处理使得催化剂表面产生氧空位簇。通过F-离子探针反应确认了催化剂表面生成了氧空位簇。荧光测试表明氧空位簇修饰催化剂很好地抑制了电子-空穴的复合。随后的室内污染气体CO光催化氧化测试表明氧空位簇能够提高样品的光催化活性同时保持稳定。此外，不同负载贵金属量测试表明氧空位簇能够保证催化剂效率的同时降低贵金属的使用量，达到降低催化剂的制备成本的目的。　　本文第六章，以光沉积的方式将纳米Pt簇沉积于富含氧空位的TiO2表面，并对催化剂进行光照处理，实现了光驱动的贵金属纳米簇在TiO2表面的再分散，催化剂的平均粒径由4.17nm降低至最小时的2.37nm。再分散过程使得催化剂表面的Pt0活性组分逐渐增多，这样使得Pt纳米簇与载体之间的电荷传输更加紧密，同时可以吸附更多的活性氧物种。最后在对于CO光催化氧化测试中获得了优异的活性。