目前能源和环境危机日益严重，若能充分利用太阳能无疑对于人类的可持续发展意义重大。大量研究表明很多半导体氧化物是很有效的光催化剂，它们可利用光能降解水中的有机物，或者光解水制氢获取洁净能源。其中TiO2因为其来源丰富、无毒性和高的光稳定性被认为是最有效的光催化剂之一。然而TiO2的禁带宽度为3.2 eV，所以只能吸收紫外光，而作为可见光催化剂并不是一个很好的选择。因此提高TiO2对可见光的响应性能，从而充分利用独一无二的自然资源—可见光有非常重要的研究意义。改性TiO2提高其可见光响应性能的文献方法很多，但仍存在材料比表面积较低或者光催化活性不够高等问题。本文以高比表面积、高催化效率的可见光催化剂的水热法或者溶剂热法制备为核心，结合材料表征手段，研究了TiO2基复合材料在可见光照射下的光催化性能，探索了材料的可见光催化反应机理。

目前邻苯二酚被广泛地应用于染料敏化电池中，它具有大量的酚羟基和苯环基团。根据这一特点，本文创新性地探索了以与邻苯二酚具有相似基团、易与其他官能团反应、有良好的热稳定性、合成方法很成熟的酚醛树脂（骨架中含有苯环和活性酚羟基）来改性TiO2得到TiO2/纳米酚醛树脂复合材料的合成方法，并且测定了该材料的可见光催化性能。实验中以钛酸异丙酯作为钛源，采用溶剂热法将TiO2颗粒负载在均一的纳米介孔酚醛树脂颗粒表面。通过SEM、TEM、EDX、XRD、XPS、TGA、BET、UV-Vis、NMR、FTIR等技术对材料进行表征，通过在可见光照射下对甲基橙染料的降解实验评价材料的可见光催化活性。表征结果表明该材料中TiO2以锐钛矿晶型存在，并且能够很好的耦合在均一、单分散的纳米酚醛树脂颗粒表面；该复合材料能够吸收全光谱范围的可见光，同时树脂颗粒的存在大大提高了TiO2在可见光范围内的响应性能；酚醛树脂和TiO2颗粒间通过化学键键合，这种异质结构对于提高材料的可见光响应活性起到至关重要的作用。光催化实验表明该复合材料在可见光照射下有很好的降解甲基橙染料的能力，并且具有很好的稳定性。该TiO2/纳米酚醛树脂复合材料及其合成过程为提高可见光响应性能的TiO2改性研究提供了一种新的思路。 

另外，针对已有文献报道的C/TiO2复合材料经常存在原料成本较高或者有毒性、合成方法复杂、材料可见光催化活性不高等导致难以工业化应用的问题，本文探索了一种制备过程简单绿色，对可见光有高响应性能的碳修饰TiO2复合材料。该材料以葡萄糖作为碳源，三氯化钛为钛源，经水热一锅法直接合成，通过TEM、EDX、XRD、XPS、TGA、BET、UV-Vis漫反射光谱等技术对其进行表征，通过在可见光照射下对亚甲基蓝染料的光催化降解实验评价其可见光催化活性。表征结果表明该材料中无定形碳倾向于在TiO2颗粒表面生成，材料内部互相粘连，形成网状结构；材料中的碳通过化学作用负载在TiO2颗粒表面，表面负载的碳能显著提高锐钛矿型TiO2颗粒在可见光范围内的光吸收。光催化实验表明该材料在可见光照射下有很好的降解亚甲基蓝染料的能力。材料合成过程简单绿色，有较好的工业化应用潜力。

To alleviate the global energy and environmental crisis, the efficient utilization of solar-energy is extraordinarily important for human sustainable development. It has been proven that various oxide semiconductors are active photocatalysts for solar energy conversion in water decontamination and water splitting. Among these, TiO2 is one of the best photocatalysts for its abundance, nontoxicity, photostability and high catalytic activity. However, pure TiO2 (anatase) is not a good candidate due to its wide band gap of 3.2 eV because it can only show photocatalytic activity under UV-light irradiation which is merely a small fraction (5%) of the solar spectrum. Thus, designing, fabricating, and tailoring the physicochemical and optical properties of titania is imperative to utilize a large fraction of the solar spectrum. According to the literatures, intensive efforts have been done to improve the visible-light catalytic performance of TiO2 through various methods, but most of these methods involve toxic or expensive materials or complicated process, which limit it industrial application. This thesis focuses on the hydrothermal or solvothermal methods for the production of photo catalysts which have high surface area and highly photo catalytic activity, and the exploration of the photo catalytic mechanism combining the analysis of the characterization consequence.

Catechol is an effective molecule for the photo-induced electron transfer in dye-sensitized solar cells due to its unique structure (phenolic OH and aromatic ring). Phenolic resin (PR) contains reactive methylol and phenolic hydroxyl on the aromatic ring in its framework, so the basic unit of the framework of PR is similar with catechol. Importantly, this methylol and phenolic hydroxyl can easily react with other groups, so it is prone to produce new electronic interactions between the PR and TiO2 particles. On the other hand, the PR which possesses excellent thermal-resistance due to its stable structure is applied widely now. In this study, we demonstrate a solvothermal method to synthesize highly homogenous TiO2/phenolic resols hybrid nanostructured composite. The sample TiO2/nanophenolic resols were characterized by SEM, TEM, EDX, XRD, XPS, TGA, BET, UV-Vis, NMR and FTIR and the methyl orange dye was chosen as the degrading substrate to test the photo catalytic activities of the as-prepared samples. In such nanostructure, the TiO2 particles were grafted on the surface of nanophenolic resols to form uniform semiconductor-insulator heterostructures. Significantly, such heterostructures can absorb the full spectrum range of visible-light and exhibit an excellent performance for photo catalytic degradation of dyes under visible-light. A charge transfer complex was formed at the interface of TiO2 and nano-mesoporous phenolic resols, which led to the full range of visible-light absorption, although the resol itself is insulated and visible-light-insensitive. To some extent, these results may provide a new strategy to design some visible-light-sensitive materials for the environmental cleaning and energy harvest. 

Besides, according to the literatures the synthesis of carbon/TiO2 nanocomposites often involves lots of problems which prohibit its extensive industrial application, such as the expensive or toxic raw materials, the complicated process or the comparatively low photo catalytic activity. In this thesis, an efficient carbon-modified TiO2 photo catalyst was synthesized by a simple one-pot method through directly hydrothermal treatment of glucose and titanium trichloride in a short time. The sample carbon/TiO2 nanocomposites were characterized by SEM, TEM, EDX, XRD, XPS, TGA, BET and UV-Vis. Characterization results show that TiO2 particles exist as anatase and the TiO2 particles were all coated by glucose-derived carbon without forming individual carbon and TiO2 particles; Carbon modification can significantly improves the optical response of TiO2 in visible region and this was confirmed by the photocatalytic experiment, in which the acquired material has comparably high activity under the visible light irradiation. In addition, the reaction mechanism of the decomposition of methylene blue catalyzed by carbon modified TiO2 was also investigated. Importantly, this material is facile to be synthesized with environmental-benign reactants and solvent, and the above preparation procedure can be easily scaled up for industrial application.