近年来,人们对与社会相关的社会环境,能源危机等问题保持密切的关注。光催化技术是一种环境友好型技术,可以利用清洁的太阳能来降解污染物。TiO₂作为典型的光催化材料,因其廉价易得,性质稳定,环境友好等优点,几十年来在相关领域一直被广泛研究。而要大规模开发TiO₂系列相关催化剂还有着很多的限制,为此,科研工作者就限制TiO₂光催化活性的问题提出了多种解决方法。贵金属纳米结构,特别是Au纳米颗粒,已被广泛的应用于Au-TiO₂复合纳米材料体系的研究,受到普遍关注和认可,表现出良好的应用前景。由于Au纳米颗粒具有独特的形态依存性光电效应即表面等离激元效应（Surface Plasmon Resonance,SPR）,导致其在可见光至近红外光区都可能产生较强的光吸收以及近场增强,因此与TiO₂复合后可显著拓宽TiO₂吸收光谱范围,提高对太阳光的利用,进而提升TiO₂在更宽光谱范围内的光催化活性。本工作介绍了Au纳米颗粒和TiO₂纳米材料的光学特质及Au纳米材料的SPR对TiO₂光吸收性能的增强机理;基于对Au-TiO₂复合纳米结构等离激元光-电转化机制的理解,以增强SPR光吸收和近场增强为出发点,我们设计了较新颖的Au-TiO₂纳米复合结构,提出了回音壁谐振腔和散射增强概念,并对复合结构的相关光响应机制展开了模拟计算、模型优化、实验验证和讨论。本论文研究工作主要分为两部分:（1）Au-TiO₂回音壁谐振腔（Whispering gallery mode resonance,WGMs）纳米复合结构增强等离激元效应:基于经典的Mie理论和前期科研基础,我们提出了使用TiO₂纳米球光学谐振腔提高Au纳米颗粒SPR效果的方案。首先我们利用有限元模拟计算推导出TiO₂纳米球体对可见光产生较显著光学谐振的尺寸范围。我们以实验为主,计算为辅展开研究。使用经典的St?ber法制备Au-TiO₂纳米复合物,以钛酸四丁酯为前驱体溶液合成二氧化钛,实验中通过调节钛前驱体的量可控制合成不同粒径的TiO₂;此后我们将Au纳米颗粒负载到不同尺寸的TiO₂纳米球上,得到单分散性良好的Au-TiO₂球形颗粒,并将其作为光催化材料进行性能检测。光催化实验表明,随着TiO₂球体体积的增加,复合结构的可见光催化性能不断提升;有限元分析表明,当TiO₂球体体积增大时,可将可见光有效的局限于腔体中,形成WGM共振,并与Au颗粒的SPR复合,形成WGM-SPR协同效应,从而极大的增强了SPR效果,使得Au和TiO₂之间的界面电磁场得到有效增强,进而促进了光吸收。该物理模型可促进Au产生的SPR热电子更有效的注入到TiO₂导带上,促进光电转换。本工作验证了回音壁谐振腔模式共振在等离激元光催化剂催化中发挥的独特作用。（2）Ag@TiO₂-Au散射增强等离激元纳米核壳复合结构:光催化反应中,除被材料吸收的光能量外,大量的光都穿透了反应体系,产生浪费,为了高效利用太阳光,我们设计了一套充分利用散射光促进光催化活性的等离激元复合结构。首先利用模拟计算初步设计出具有较高散射效率的Ag multimer@TiO₂-Au核壳结构模型,此后通过经典的St?ber法制备了Ag multimer@SiO₂@TiO₂-Au纳米复合物。以100 nm Ag颗粒为核,以硅酸正丁酯和钛酸四丁酯为前驱体溶液控制合成SiO₂和TiO₂壳层,然后在TiO₂层上负载Au纳米颗粒,利用现代分析仪器对制备出的材料进行了系统的表征,并将其作为催化剂应用于光催化测试。研究表明,通过合成不同尺寸和聚集状态的Ag纳米颗粒,能够简便地调控入射光的散射效应,从而在更宽光谱范围内显著增强光吸收。大量的数值模拟结合实验表明Ag核的强散射在光子重新捕获和促进光催化中起着双重作用:既可以增加整个反应体系的光通路路径,也可以与TiO₂壳上的Au纳米颗粒产生SPR近场增强效应,从而大大增强Au-TiO₂界面处可见光至近红外光子的吸收。本研究明确的验证了可通过调节SPR散射对等离激元催化剂的吸收和近场进行增强。