有机污染物严重影响了地球环境和人类健康,开发绿色降解有机污染物技术成为当前解决其污染问题的关键。光催化技术利用太阳能处理环境污染问题成为近年来科研人员关注的焦点,TiO₂纳米材料作为一种n型半导体材料,在光催化降解有机物领域具有巨大的应用潜力,然而TiO₂纳米材料对太阳光的响应范围仅局限于紫外光区域,限制了其作为光催化剂的实际应用。本文通过第一性原理和热力学分析对不同晶型、形貌和掺杂结构的相关光化学性质进行预测,设计出具有良好光化学性质的晶型、形貌和掺杂结构,并以此作为后续实验指导。在上述理论设计的基础上,通过两步阳极氧化法成功制备了高度排列有序的锐钛矿型TiO₂纳米管结构,并以此作为光催化剂的基材,利用电化学沉积工艺制备Cu掺杂TiO₂纳米管结构,以此扩展TiO₂纳米管材料的可见光响应范围和强度,从而提高其光催化活性。并采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、高分辨电子透射显微镜（HRTEM）和X射线光电子能谱分析（XPS）对掺杂前后的微观组织形貌、相组成、元素组成和价态分布进行表征,采用紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）、瞬时光电流响应曲线、Nyquist曲线等手段对掺杂前后光催化剂的光电化学性能进行测试。并通过光催化降解有机污染物罗丹明B验证材料的光催化活性,最后对其催化机理进行探究,得到如下结论。（1）室温静止条件下,通过电沉积工艺成功制备出不同浓度Cu掺杂TiO₂纳米管结构,Cu原子取代Ti原子的位置,未改变TiO₂的微观组织形貌和晶型结构,并以Cu⁺离子形式存在。当掺杂浓度为0.25 mol/L时,Cu⁺/TiO₂纳米管结构对太阳光的响应范围扩展至可将光区域（456 nm）,与纯TiO₂纳米管结构相比,带隙宽度降低0.52 eV,具有较高的可见光吸收效率,在太阳光照射下,Cu⁺/TiO₂纳米管结构的光生载流子密度相对纯TiO₂纳米管提高了165%,荧光光谱强度显著降低,Cu⁺离子掺杂促进了光生载流子密度的增加,抑制了光生电子-空穴对的复合,对有机污染物RhB的降解效率提高了82.6%。对光催化降解机理进行探讨,Cu⁺/TiO₂纳米管光催化性能的提高归因于掺杂改变了TiO₂的能级结构,提高了其可见光响应强度和范围,降低了其禁带宽度,同时Cu⁺作为电子受体,与其发生还原反应,生成强氧化性的羟基自由基,并与电子结合,促进光生电子的转移,抑制电子-空穴对的复合,从而提高其光催化活性。（2）通过不同搅拌方式（静止、磁力搅拌、超声振动）改变电化学沉积过程中的微区化学环境,成功制备出Cu⁺/TiO₂纳米管结构、Cu₂O/TiO₂纳米管半导体复合结构和Cu₂O/CuO/TiO₂纳米管半导体复合结构,结果表明,不同掺杂改性结构均未改变TiO₂纳米管的锐钛矿晶型,p型半导体CuO₂和CuO负载在TiO₂纳米管管壁表面,与TiO₂纳米管形成半导体复合结构作为新型光催化剂材料,并将光催化剂的可将光响应范围进一步扩展至503 nm,自然光照射下,光生载流子密度进一步提高至0.92 mA/cm²,光学性质进一步得到优化。同时半导体复合结构的电荷转移电阻相比Cu⁺/TiO₂纳米管结构得到降低,有利于光生载流子的转移传输,作为光催化剂对RhB的降解速率提高至89.52×10^-3/min,相比Cu⁺/TiO₂纳米管结构提高了339%。光催化活性的提高与p型半导体Cu₂O的能级结构有关,由于费米能级之间存在的差异,热平衡条件下,在半导体界面处形成内建电场,在电荷转移电阻降低的前提下,为光生电子的转移传输进一步提供了动力,有利于光催化反应的进行。