尽管单层中空TiO₂纳米微球因其独特的结构特征和理化性质,可以明显提高光催化性能,但这种单层中空结构局限于单一外壳致使其稳定性以及比表面积较低。此外,二氧化钛光催化剂还具有禁带宽度较大（³.2eV）、光生载流子弱、太阳能利用率差等缺点。因此,本文通过结构改性,金属或半导体改性等方法对其改进。即在单层中空TiO₂基础上,构建出具有独特双层中空结构的TiO₂光催化体系,并在此基础上对其进一步改性,设计出具有高效光催化性能的层次结构中空TiO₂纳米材料。首先制备双层中空TiO₂催化剂,即以聚苯乙烯（CPS）微球为载体,通过静电吸引在其表面组装第一层二氧化钛（TiO₂）,制备出（CPS@TiO₂）微球;再以CPS@TiO₂微球为模板,重复上述步骤制备出第二层CPS和TiO₂外壳,最终经高温程序煅烧得到双层中空TiO₂催化剂。经透射电镜、扫描电镜以及比表面积等检测手段,结果表明所制备的TiO₂催化剂具有明显的双层中空结构。与单层中空TiO₂微球相比,所制备的双层中空TiO₂微球的比表面积提高了约2.5倍,并且催化效率提高了15.5%。三氧化二铁限域的层次结构中空TiO₂催化剂的合成（TiO₂-Fe₂O₃@TiO₂）。尽管双层结构明显提高了TiO₂的光催化性能。但由于TiO₂的宽带隙,导致其有限的可见光性能。因此,在所制备的双层中空TiO₂的基础上,引入禁带宽度更小（².1eV）,可见光响应更强的α-Fe₂O₃材料。通过静电吸附作用将Fe³⁺固定在CPS@TiO₂表面,再包覆第二层TiO₂外壳,经高温煅烧除去内部的CPS模板,合成出Fe₂O₃限域的层次结构中空二氧化钛（TiO₂-Fe₂O₃@TiO₂）光催化剂,其在可见光下的降解效率要比双层中空TiO₂微球高10.1%。银纳米粒子限域的层次结构中空TiO₂光催化剂（TiO₂-Ag@TiO₂）的设计与合成。与金属氧化物相比,金属纳米粒子因其表面等离子体共振效应,可以大幅度减缓光生电子空穴的复合,进而更有效提升TiO₂的光催化性能。本文通过光沉积的方法将Ag⁰固定在单层中空TiO₂表面从而合成出银纳米粒子限域的层次结构中空TiO₂-Ag@TiO₂光催化剂。与传统Ag纳米粒子表面负载的中空TiO₂光催化剂相比,限域型中空TiO₂光催化剂不仅因层次结构而提高其稳定性,而且还能有效地展现出更高的光催化活性:即在模拟太阳光作用下,能够实现四环素的完全降解。该研究工作的开展能也为其他层次结构中空半导体的设计与合成提供了一种新的理论参考。