光催化降解有机污染物是环境净化方面一项可行的技术,因此,高效光催化剂的设计和制备具有重要意义。TiO₂作为应用最广泛的光催化剂,由于其易得、廉价、无毒以及高效等优点,是光催化剂开发的基础材料。光催化的过程包含多个步骤,针对每一个步骤进行改性优化,可提高材料的光催化效率。本文针对TiO₂自身禁带宽度较大（3.2 e V）、光生电子空穴易复合、粉体不易分离等缺点,对TiO₂进行离子掺杂和复合改性,以期提高其光催化效率,拓宽光谱吸收范围,实现可见光下光催化降解低浓度有机污染物。贵金属、稀土金属及过渡金属具有丰富的d轨道,为光生电子的转移提供了有利的条件,针对TiO₂的高禁带宽度,通过液相沉积法和溶胶-凝胶法将金属离子Ag⁺、La³⁺、Nb⁵⁺和Fe³⁺掺杂进TiO₂的骨架中,在TiO₂晶格中形成Ti-O-M桥氧结构,使掺杂材料的表面产生缺陷并提高活性表面积。这种结构造成的电荷不平衡,使得部分Ti⁴⁺被还原成Ti³⁺,TiO₂/M的能带间隙变窄,有利于增强其可见光吸收。通过正交试验设计,确定了最佳掺杂比例、煅烧温度以及煅烧时间等实验条件,使用最佳实验条件下合成出的金属离子掺杂的TiO₂纳米材料,在降解甲基橙（MO）的催化过程中表现出优异的催化效果。La（NO₃）₃掺杂浓度为0.01 mol%得到的La-TiO₂薄膜的光催化效果约为纯TiO₂薄膜的2倍;Fe（NO₃）₃加入量为1.0 mol%,450^oC煅烧2.0 h所得Fe-TiO₂粉末的可见光催化性能最好,其3 h内对甲基橙（MO）溶液的降解率可以达到56.62%。聚吡咯（PPy）和聚噻吩（PT）导电聚合物以及氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）不但具有优异的导电性、较高的比表面积,同时具有一定的可见光响应能力。针对TiO₂粉体自身的光生电子空穴易复合的缺点,将其与导电性高的PT、PPy、GO和RGO材料复合。固体紫外可见漫反射光谱（DRS）显示,其在波长400-700 nm处均有明显的吸收,吸收带边发生红移,制备的TiO₂/PPy-120、TiO₂/RGO能带间隙分别为2.87和2.48 e V。二元复合材料不仅可以扩展TiO₂的光响应范围,同时将光生电荷顺利地导出并运输到催化剂表面,提高活性粒子与反应物结合的能力。这类二元复合材料在降解MO的过程中均表现出优异的光催化能力。此外,由于TiO₂粉体不易分离,将其与磁性材料Co Fe₂O₄复合,使复合材料具有铁磁性,同时在可见光范围内有响应,在高效催化降解MO后,可以回收再利用。实验结果表明,当TiO₂与Co Fe₂O₄复合摩尔比为1:0.01时,经过450℃煅烧后,得到的TiO₂/Co Fe₂O₄复合材料饱和磁化强度为2.5 emu/g,对MO的降解率可达37.3%。结合已制备的复合材料,将复合材料的组成由二元提高到三元,以期合成出多种含有TiO₂纳米粒子的三元复合材料,使三种组分的优点都得到充分的发挥与利用。据此,采用水热法和共沉淀法合成出了TiO₂/Fe/RGO、TiO₂/Fe/PPy、TiO₂/RGO/PPy以及TiO₂/Co Fe₂O₄/RGO三元复合材料。三种组分的协同效应使得复合材料具有优于纯TiO₂以及二元复合材料的光催化性能。三元复合材料不仅扩展了光吸收范围,而且降低了光生电子空穴再结合的频率,使更多的电子空穴参与降解反应,有效地提高了光催化降解MO的效率。当原料Fe-TiO₂与GO的比例为1:0.1时复合物的光催化性能最好,3 h后对MO的降解率达到91.33%,是Fe-TiO₂纳米颗粒的1.65倍。PPy的引入不仅能够拓宽复合材料的吸光范围,同时光生电子和空穴的复合也被有效地抑制;以APS为氧化剂合成的TiO₂/RGO/PPy-0.07复合材料2h对MO的降解效率为98.43%。TiO₂/Co Fe₂O₄/RGO-0.2兼具光催化性能和磁性回收分离的优点,饱和磁化强度为5.0 emu/g,2 h对MO的降解率达到75.6%,是TiO₂/Co Fe₂O₄复合材料的2.03倍。