在众多的光催化剂中,TiO2具有制备工艺简单、低成本、无二次污染、无毒害以及可回收等突出特点成为了当前光催化领域的研究热点。然而其存在量子效率低,只能对太阳光中的紫外光响应,光生电子和空穴容易快速复合湮灭等突出问题。因此,需要通过调控体相、微结构和界面化学组成等来提高光催化材料的催化活性和催化效率,而单原子负载是实现这一目标的一种重要方式。所谓单原子负载催化剂（SACs）,是将金属修饰剂以单原子形态分散在半导体基底上得到改性的复合催化剂。一方面,单原子形态的负载可以提升基底材料的催化性能,另一方面也可使催化过程中所负载的金属原子催化利用率大幅提高,甚至可达100%。本文工作在单原子改性TiO2光催化剂的合成基础上,系统研究了单原子负载对二氧化钛光催化性能的影响。具体内容如下:（1）不同形貌TiO2光催化剂的合成及其光催化性质研究:TiO2纳米光催化剂的结构和形态对催化过程有很大影响,形貌以及体积的改变会影响催化剂的结晶度、缺陷浓度以及晶界密度等性质,不仅会对电子和空穴的分离产生影响,同时也影响到电子的迁移。因此,通过五种方法分别合成了管状、片状、球状、空心球以及花状TiO2催化剂,并进行了相应的表征。随后利用光催化分解水产氢性能差异来探究形貌与催化活性之间的关系。结果显示,片状TiO2的性质以及产氢活性相较其他形貌最佳,因此以片状TiO2作为后续金属单原子改性的基底材料。（2）Pt/Pd单金属单原子改性TiO2纳米片的合成及其光解水性能研究:经过第一部分的筛选,确定了基底材料。然后根据文献上的方法,先在纳米片上引入缺陷即氧空位,再将贵金属单原子引入并且锚定再这些空位上。经过系列表征验证了贵金属单原子的存在,然而并不是所有的贵金属都以单原子的形态存在,部分是以团簇的形式存在。最后,光催化产氢性能评价也给出了满意的结果。（3）Pt/Pd双金属单原子改性TiO2纳米片的合成及其光解水性能研究:在单金属改性的基础上,进行了双金属单原子改性TiO2纳米片催化剂的合成,以研究两种贵金属原子共同存在时对催化剂性能的影响。并且与双金属团簇负载催化剂进行了对比,系列结果表征以及性能评价结果都表现出单原子改性的效果优于团簇。（4）通过VASP软件对双金属单原子改性的TiO2催化剂进行了理论计算,获得了相关催化剂结构的DOS、差分电荷密度和能带结构,计算结果和实验结果相互印证,为高效单原子负载TiO2光催化剂的设计和未来工业化应用提供有益的借鉴。