半导体因其独特性质,被广泛应用在大功率电源转换、集成电路、光伏发电等领域。随着半导体光催化性能的发现,也被广泛用于环境修护领域。其中,二氧化钛具有化学稳定性高、无污染和价格低廉的优点,是目前应用最广的光催化剂之一。但是,由于二氧化钛的带隙较宽,在光催化反应中只能利用紫外光,而紫外光在太阳光中的含量仅为5%,因此二氧化钛对太阳光利用率较低。同时,由于其光生电子-空穴对复合速率快、纳米粉体易团聚、对底物吸附量低等因素,也使得二氧化钛的光催化效率低,严重制约其在环境修护领域的实际应用。鉴于以上几个问题,本论文以调控二氧化钛的能带结构及表面性质为立足点,以实现二氧化钛高效光催化性能为目标,从过渡金属掺杂和负载改性两方面出发,研究二氧化钛的光电性能及其应用。因此,本论文的主要研究内容如下:第一部分,采用过渡金属（镍、铜、锌）掺杂,调控二氧化钛的能带结构。通过实验表征和密度泛函理论计算,详细研究了不同过渡金属掺杂对二氧化钛微观形貌、晶型、光学性质以及光电性质的影响。以染料为底物,探究掺杂二氧化钛的光催化降解性能。结果表明铜掺杂二氧化钛的综合光电性质最优,且光催化降解性能最好。此外,进一步研究了铜掺杂浓度对二氧化钛性能的影响,结果表明掺杂浓度为2%时,掺杂二氧化钛对可见光响应以及光生电子-空穴对分离效率最高,光催化降解性能最理想。第二部分,从负载改性出发,以芳香结构的二乙烯基苯（DVB）为主体,设计一种具有优异吸附性能的二氧化钛负载材料并探讨其结构。以染料为底物,探讨了其吸附特性。通过实验和密度泛函理论计算,详细解释了该体系高效吸附的机理。DVB基载体材料具有微-介孔结构、比表面积较大,有助于加快染料分子在体系中的扩散,能实现对染料的有效富集。结果表明,所构筑的DVB基材料适宜作为二氧化钛的有效载体。第三部分,在前两部分工作的基础上,以DVB基材料负载铜掺杂二氧化钛,构筑DVB/二氧化钛复合材料（CMD-Ti/Cu）,以弥补二氧化钛易团聚和低吸附的不足,从而提高其光催化降解性能。光学性质表明,CMD-Ti/Cu对可见光的吸收强度较纯二氧化钛明显增强,带隙值降低至2.07 eV。以染料为底物,研究了 CMD-Ti/Cu的光催化降解性能,结果表明它能实现对染料的完全降解。与DVB基体材料、纯二氧化钛以及铜掺杂二氧化钛相较而言,CMD-Ti/Cu对染料的降解效率分别提高了 18.1%、60.8%和43.3%。实验表明,CMD-Ti/Cu优异的光催化降解性能主要源自于两方面。一方面是掺杂二氧化钛在可见光激发条件下,产生的大量高活性羟基自由基。另一方面,基底材料的良好吸附特性,有效增加了光催化剂与底物的接触,为其优异的光催化降解性能提供了方便。