能源短缺与环境污染已经成为影响人类社会发展的两大主要问题。因此,开发和利用可再生的清洁能源是解决能源和环境问题的重要手段。以光催化材料为基础的光催化技术能够实现太阳能-化学能的高效转化,是一种有望解决能源短缺与环境污染问题的有效途径。作为经典的光催化材料之一,TiO₂由于具有毒性低、化学稳定性高和制备方法多样等优点,在燃料电池、太阳能电池和光催化等领域都有潜在的应用前景,已成为国内外研究者广泛关注的目标。但由于二氧化钛只能利用太阳光中含量很少的紫外光。因此,对TiO₂进行改性进而获得性能优良的TiO₂光催化剂具有重要的实际意义。而通过对特殊形貌的TiO₂表面进行微观调控,在很大程度上能提高TiO₂半导体的光催化性能。本文采用水热法和溶剂热法成功制备了三种以二氧化钛为基质的新型光催化剂,并对所制备体系的光生电子转移及光催化性能进行了详细研究。研究内容如下:通过1,2-二（吡啶-4-基）乙炔（DPyE）分子与植入TiO₂纳米管（TNTs）的Cr³⁺配位,制备了一种新型的TiO₂纳米管基杂化体(TNTs-Cr³⁺-DPyE)。利用紫外可见光谱以及光电流响应对Cr³⁺的作用进行了详细研究。研究发现,植入TNTs的Cr³⁺增强了TNTs与DPyE的相互作用,从而提高了TNTs的电子转移效率,同时也拓宽了体系的光吸收范围,进而大大提高了TNTs的光电性能。这为设计、制备高活性TNTs基光电材料提供了新思路。通过将静电相互作用及配位相互作用联合制备了一种以铜为“桥梁”的二氧化钛（TiO₂ MS）/卟啉（TCPP）纳-微复合微球（TiO₂ MS-Cu-TCPP）。研究发现,以Cu桥联TiO₂ MS和TCPP,极大地提高了TiO₂ MS的可见光吸收和电子转移。而以TiO₂MS-Cu-TCPP为光催化剂制氢时,其活性和稳定性均高于TiO₂ MS、TiO₂ MS-Cu、TiO₂MS-TCPP、TiO₂ MS-Cu-CuTCPP和TiO₂ MS-TCPP-Cu。相对于纯TiO₂ MS,光催化活性提高约6倍。说明以Cu NPs为桥联剂和助催化剂,TiO₂与TCPP之间能产生更强的相互作用,使目标产物具有较宽的光吸收范围,较多的活性位点以及高效的界面电子转移。因此,TiO₂ MS-Cu-TCPP纳-微复合微球具有高且稳定的光催化活性,这进一步说明界面改性对调控半导体光催化活性的重要作用。这一结果为构建特殊结构半导体光催化剂提供一定的理论和实验依据。通过在介孔TiO₂微球上原位还原负载铜物种,继而通过适度碱刻蚀,获得了分散性良好、小尺寸Cu纳米粒子铆合的TiO₂介孔微球（TiO₂ MS-Cu）。利用电镜、紫外-可见吸收光谱、XPS等对复合物的形貌、结构等进行了详细研究。结果发现,TiO₂ MS-Cu杂化体上小尺寸的Cu纳米颗粒主要以零价态的金属Cu单质存在,且其具有高度的分散性与稳定性。继而,详细研究了该特殊Cu粒子引入对TiO₂微球光催化制氢性能的影响。并通过光电响应流谱及电化学阻抗谱对电子转移的详细机理进行了探讨。结果显示,相对于P25-Cu,TiO₂ MS-Cu杂化体具有更高的光催化制氢性能及良好的稳定性,说明利用介孔结构TiO₂微球控制Cu粒子生长的优势:TiO₂ MS-Cu中小尺寸、单分散的Cu作为光催化制氢的活性位点,不仅可以明显加快电子转移速率,而且可以在一定程度上提高TiO₂的吸收并降低析氢的过电位,进而提高了TiO₂ MS-Cu微球杂化体的光催化制氢活性。