光催化在解决能源短缺和治理环境污染等领域有着巨大的应用潜力。异相光催化是光催化领域中的重要分支，受到广泛关注。TiO2是迄今为止研究最为广泛的异相催化剂之一。在TiO2光催化反应中，光生载流子的氧化还原能力、反应物活化和载流子的迁移方式都与反应物在催化剂表面的吸附模式密切相关。　　本文围绕光催化水氧化、光催化脱羧和光催化CO2还原三个重要的反应过程，深入研究了反应物吸附模式对TiO2光催化反应的影响及其机理。我们发现TiO2的晶面结构、TiO2表面吸附的水分子以及TiO2催化剂中的氧空位均可以改变反应物在TiO2表面的吸附模式，吸附模式的改变将进一步的改变反应物在TiO2表面的光催化反应机理，进而改变其光催化反应的活性。具体的研究结果如下:　　1)光催化氧化水是光催化中最重要反应之一。水分子主要通过氢键的方式吸附在二氧化钛(001)晶面，这种吸附方式促进了表面羟基捕获空穴及空穴从表面羟基转移到与氢键相连的水分子上，因此吸附在二氧化钛(001)晶面上的水分子可以被选择性的氧化。　　2)光催化脱羧反应是TiO2在降解污染物过程中的典型反应。共吸附的水分子可以促进TiO2光催化脱羧反应。水分子主要通过与吸附在二氧化钛表面的乙酸分子竞争表面Ti点位的方式，将羧酸从更易于在二氧化钛表面形成的双齿配位模式转变为单齿配位模式。由于单齿吸附的乙酸更易于被空穴直接氧化从而加速了TiO2光催化脱羧反应。　　3)TiO2光催化还原CO2是解决能源转换问题和降低大气中温室气体浓度的有效途径之一。CO2以O原子与氧空位相邻的Ti原子配位的方式吸附在TiO2表面的氧空位，这种吸附模式可以有效的活化碳氧键，促进甲酸中间产物的生成，从而促进CO2还原。　　本论文的研究结果有助于深入理解光催化反应机理，对于开发设计催化剂以及提高催化剂活性具有重要的指导意义。