自21世纪以来,经济的快速发展和人口的快速增长使得水体污染不断加剧,它对大多数生物造成急性和强烈的致癌毒性,对人类的生活和生态环境系统产生了诸多不利影响,因此推进再生能源发展、减轻水体污染已经成为当前亟待解决的问题之一。半导体光催化材料可以将太阳能转化为电能和化学能,在环境净化、光催化制氢和有机物降解等领域有着广泛的应用。二氧化钛（TiO₂）作为一种重要的金属半导体氧化物,引起了人们的广泛兴趣。然而,由于TiO₂禁带宽度较大,太阳光吸收率较低和电子空穴复合率较高等缺点,极大地限制了它的实际应用。因此合成新型的宽光谱光响应型TiO₂光催化剂成为重中之重。通过构造新型Z型异质结构、核壳结构、贵金属沉积和窄带隙半导体复合等既保留了钛基纳米材料无毒、稳定的特性,又可增大光吸收的响应范围,减小电子空穴对的复合效率,从而有效提高其光催化能力。本文主要研究内容如下:1. 通过简单的两步水热法合成了一种超薄的Bi₂Mo O₆纳米片均匀地生长在TiO₂介孔球表面的新型Z型Bi₂Mo O₆/TiO₂三维异质结构。该异质结构具有较高的表面积和多孔结构,可为光催化提供丰富的活性位点。此外,Bi₂Mo O₆纳米薄片与TiO₂纳米微球之间的“线-面”协同效应使Z型异质结具有较高的光致载流子转移效率,从而延长了光降解过程中的电子寿命。与纯的Bi₂Mo O₆和TiO₂相比,所制备的Bi₂Mo O₆/TiO₂光催化剂具有较好的对-硝基苯酚光催化降解性能以及良好的循环稳定性,其对4-NP的光降解效率在180 min内达到了95.3%。2. 采用静电纺丝与油浴煅烧相结合的方法制备了一种具有独特核-壳结构的Co TiO₃@NiO分级亚微米带。纵向排列的NiO超薄纳米片原位生长到Co TiO₃亚微带表面。该异质结构具有有利的Z-型载流子传输机制和特殊的核-壳结构,可为光催化提供较高的电子空穴分离效率和较多的活性位点。优化后的Co TiO₃@NiO分级核壳异质结构的TC降解率是纯NiO和Co TiO₃的2.15倍和1.75倍。与原始Co TiO₃亚微带和NiO纳米团簇相比,Co TiO₃@NiO分级核壳异质结构光催化效率明显提高。3. 以水热法和化学还原相结合的方法,合成了负载不同质量Pt纳米颗粒的爆米花状三维TiO₂介孔球。由于TiO₂与Pt的协同效应,合成的Pt/TiO₂介孔球具有较低的电子空穴再复合率,且TiO₂上的Pt纳米颗粒促进了其光生电子的收集和转移。密度泛函理论（DFT）的计算结果进一步证实了Pt/TiO₂较高的电子空穴分离速率。同时,三维结构使Pt/TiO₂球具有增强的可见光吸收能力、高表面积和多孔结构。与纯TiO₂相比,新型Pt/TiO₂介孔球对Rh B的光降解效率提高了数倍,且1.0%Pt/TiO₂的光催化活性最高。4. 以DMSO为溶剂采用简单的溶剂热法制备了CdS纳米颗粒均匀地生长在单层Ti₃C₂纳米片上的CdS/MXene复合结构材料。所合成的CdS/MXene复合结构具有较大的比表面积,能够有效吸附污染物并提供更多的活性位点。此外,MXene作为一种高效的助催化剂能够促进载流子的传输,抑制CdS中光生电子空穴的复合。结果表明,在Ti₃C₂纳米片上负载CdS纳米颗粒可以显著提高体系的光催化性能且其复合结构具有良好的循环稳定性。其对TC的光降解效率在60 min内达到了94.7%。