TiO₂作为光催化剂,其有较高的化学稳定性、低成本、低能耗、安全无毒等特点,被广泛应用于有机污染物的降解、净化环境以及自清洁等领域。然而,由于TiO₂具有3.2eV的高能带宽度（E_g）,光生电子-空穴对（e^–-h⁺）利用率低等缺点,限制了TiO₂作为光催化剂在工业中的应用。为了使TiO₂能够在实际的工业应用中更加充分地发挥自身的优势,提高TiO₂光催化的活性,主要从减小TiO₂的E_g,增加e^–-h⁺的利用率,改善其光催化性能等方面进行研究。首先,以自制氧化石墨烯（GO）为模板,利用溶胶凝胶法原位生长TiO₂,经热处理,制得还原氧化石墨烯/二氧化钛（RGO/TiO₂）。对材料进行表征,以亚甲基蓝（MB）溶液模拟印染废水进行光催化实验,探讨了RGO含量对光催化反应的影响。结果表明,RGO/TiO₂中TiO₂仍表现为锐钛矿型,形貌主要为细小的颗粒,均匀致密负载在RGO片层上。RGO/TiO₂吸收边带出现了红移现象,E_g降低至约3.0eV。在光催化实验中,3%RGO/TiO₂光催化效果最佳,紫外光下对MB溶液几乎完全降解,可见光下平衡降解率提高到TiO₂的2.20倍,说明RGO复合有效提高了TiO₂的光催化活性。其次,采用稀土Pr、Gd对TiO₂掺杂改性,制得Pr/TiO₂和Gd/TiO₂光催化剂,对产品进行表征,利用MB溶液模拟印染废水进行光催化实验,探讨了稀土掺杂量对光催化反应的影响。结果表明,掺杂Pr、Gd不影响TiO₂的晶型,也没有改变TiO₂微观形貌。Pr/TiO₂和Gd/TiO₂的吸收边带出现红移现象,E_g均降低至约3.0eV。在光催化实验中,Pr和Gd掺杂量分别在1.0%和1.5%时降解效果最佳,紫外光下平衡降解率分别提高到TiO₂的1.45倍和1.64倍,可见光下平衡降解率分别提高到TiO₂的1.67倍和1.73倍,说明稀土Pr、Gd掺杂TiO₂能够有效提高其光催化活性。最后,基于前两部分的实验,将稀土掺杂TiO₂与RGO复合,制得RGO-Pr/TiO₂和RGO-Gd/TiO₂复合材料。对样品进行表征,以MB溶液模拟印染废水进行光催化实验,探讨了稀土掺杂量对光催化反应的影响。结果表明,复合材料的形貌表现为稀土掺杂TiO₂粒子均匀负载在堆叠的RGO片层上,并且TiO₂仍为锐钛矿型。复合材料吸收边带出现更加明显的红移现象,E_g均大幅降低至约2.8eV。在光催化实验中,RGO-1.0%Pr/TiO₂和RGO-1.5%Gd/TiO₂效果最佳,平衡降解率在紫外光下均约提高到TiO₂的1.76倍,可见光下分别提高到TiO₂的2.46倍和2.48倍。稀土离子与RGO形成了协同作用,在更大程度上降低了TiO₂的E_g,从而更加显著地提高了材料的光催化性能。