太阳能是地球上最重要的清洁能源之一,它与人类的生活紧密相关,高效并且可持续性地开发太阳能对人类的生存和发展至关重要。半导体光催化技术是一种使用温和的光化学反应去储存和利用太阳能的新型技术。通过半导体光催化技术高效地转化太阳能以进行新能源开发并修复环境,是众多研究人员追求的目标。在本论文中,针对TiO₂半导体存在的固有缺陷,采用多种策略对TiO₂光催化材料进行改性研究。并详细地探索了TiO₂光催化材料的组成、结构与性能之间的关系。本论文的主要研究内容和结论如下:（1）以异丙醇钛和三聚氰胺为前驱体,通过简单的搅拌和煅烧制备了TiO₂/g-C₃N₄异质结复合材料。然后,采用湿化学还原法将不同质量分数的Ag纳米颗粒修饰到上述复合材料表面,获得了一系列的TiO₂/g-C₃N₄/Ag（TCA）复合材料。采用XRD、TEM、HRTEM、EDS、XPS、BET、Raman光谱、PL光谱和UV-vis漫反射光谱,对TCA复合材料进行了详细的研究。结果表明,TCA复合材料展现出改善的光生载流子分离效率和增强的可见光利用,这是三种材料协同作用的结果。在模拟太阳光下,Ag质量分数为1%的TCA复合材料对罗丹明B（RhB）的光降解性能最好,在60分钟时其降解率为91.4%。经过多次循环试验,TCA复合材料保持了优异的降解性能,这表明TCA复合材料具有良好的光化学稳定性。此外,根据实验结果提出了TCA复合材料光降解的可能机理。（2）采用模板参与的多步合成法制备了空心TiO₂@g-C₃N₄/Co₃O₄核壳微球。结果表明异质外壳的中空结构能够定向分离光生载流子,并且转移到表面的光生空穴将被Co₃O₄纳米颗粒进一步捕获以获得暴露的氧化表面。这种新型的多级空心微球可以同时实现光生载流子的有效转移和扩展光吸收。得益于这些结构和组成特征,优化后的TiO₂@g-C₃N₄/Co₃O₄纳米微球对四环素（TC）和甲基橙（MO）具有良好的光降解活性。在模拟太阳光下,对应于TC（10 mg/L）和MO（25 mg/L）的降解率,在60分钟时分别为91.6%和97.8%。同时,在多次测试循环后,复合光催化剂仍保持着高活性。基于实验结果,本文还提出了光生载流子的可能传输路径。（3）采用模板参与的多步合成法制备了TiO₂@CuS双层纳米盒,并将其用于光催化降解四环素。研究发现TiO₂壳的厚度变化将直接影响TiO₂@CuS双层纳米盒的活性。在模拟太阳光的照射下,优化后的TiO₂@CuS双层纳米盒展现出优异的TC降解效率（60min时,降解效率为96.5%）,并且在多次循环中保持了良好的稳定性。复合光催化剂活性的提高可以归因于多种因素,包括良好的可见光捕获能力、改善的光生载流子分离以及光腐蚀的有效抑制。此外,独特的空腔结构不仅促进了载流子的迁移,而且还提高了光效率。这项工作为有效降解抗生素和保护硫化物核心的空心结构设计提供了一个全新的视角。