世界工业发展步伐的加快不可避免地带来环境污染及能源短缺问题。充分利用洁净能源，研究环境净化方法一直是关乎人类未来发展的世界性课题。研究表明，TiO₂具有合成简单、物理化学性质稳定、无毒和成本低等优点。同时，在太阳光照射下它还具有良好的催化分解有机污染物的效果。因此，TiO₂被广泛应用于光催化降解污染物及太阳能电池光电极制备的研究中，被认为是有望解决环境污染及能源问题的新型材料。但是，由于二氧化钛带隙较宽，达到3.2电子伏特，只有太阳光中能量较高的紫外光才能将其电子激发，产生光催化效果。而紫外光在整个太阳光谱中所占的能量比例只有约5%，大部分光谱能量都集中在可见光和近红外光区，二者比例分别为⁴8%和⁴4%。所以，要将二氧化钛的光催化技术实用化，必须采取一定手段来提高它对太阳光的利用率。大量研究表明，采用禁带宽度较窄的半导体硫化镉作为敏化剂，与二氧化钛复合制成复合材料光催化剂，能够将二氧化钛的光谱响应扩展到可见光，从而提高光催化剂的太阳能利用率。本文采用多步水热法合成了CdS/TiO₂复合光催化材料。首先用水热法合成了CdS纳米粒子，再用钛酸四丁酯水解法和水热法将TiO₂沉积于CdS表面，制备出CdS/TiO₂复合材料。扫描、透射电子显微镜及X射线衍射测试结果表明：该材料是一种具有孔隙结构粒径约150nm的纳米球，并有着统一的形貌和良好的分散性。球体呈多晶态，由大量10nm左右的CdS和TiO₂纳米粒子组成。该复合光催化剂的吸收光谱范围较纯TiO₂有了大大扩展，覆盖了纯TiO₂的光谱范围和部分可见光范围。对材料的光催化活性进行测试，我们发现，该光催化剂在加有420nm截止滤光片的氙灯照射下，能够在9小时后将溶液中70%以上的甲基橙分子分解。而相同测试条件下，纯CdS或TiO₂对甲基橙的分解率均为约10%。表明这种复合光催化剂的光催化性能较好。这种复合纳米材料具有孔隙结构，比表面积较大，有利于提高光催化效率。同时，敏化剂CdS是以嵌入TiO₂纳米团簇的形式存在的，所以能够有效防止敏化剂脱落，提高催化剂使用寿命。在CdS/TiO₂可见光催化材料的研究基础上，我们进一步制备并研究了NaYF₄:Yb,Tm/CdS/TiO₂近红外复合光催化材料。上转换材料可以吸收低能量光子并发射出高能量光子，Yb/Tm共掺杂的NaYF₄上转换材料在近红外光的激发下可以发射出可见光和紫外光，可见光可以激发硫化镉，紫外光可以激发二氧化钛。基于这一原理，我们通过多步反应的方法将二氧化钛和硫化镉粘附于NaYF₄:Yb,Tm微米棒表面，制备出了在红外光照射下能够分解有机物的新型光催化材料。我们对样品进行了SEM、TEM、XRD、吸收光谱和发射光谱测试，结果表明：CdS和TiO₂都均匀地附合到了NaYF₄:Yb,Tm表面。在980nm近红外光激发下，NaYF₄:Yb,Tm发射的各波长光中，除645nm波长的光不能被表面附合的CdS和TiO₂吸收外，其它波长的光强度都有一定程度的削弱。对材料进行980nm近红外光光催化活性测试，分解甲基蓝结果表明：所合成的复合光催化剂具有很好的光催化活性。在反应50小时后，它能够将溶液中的甲基蓝彻底分解，分解率达90%以上。较NaYF₄:Yb,Tm/CdS和NaYF₄:Yb,Tm/TiO₂的效率有显著提高。原因在于这种材料不仅能够在充分利用上转换材料发出的各种波长的光，而且能够有效利用二氧化钛超强的光催化分解能力。对材料发光寿命的测量表明：在NaYF₄:Yb,Tm微米棒表面附合了CdS和TiO₂后，其Tm3+的能级寿命减少，证明了在NaYF₄:Yb,Tm与CdS/TiO₂之间存在着非辐射能量传递过程。