自2011年新型可见光光催化剂黑色二氧化钛（黑色TiO₂）被成功合成以来,因其具有非常好的光利用率,较低的电子-空穴复合率,高化学稳定性,以及特殊晶体结构和电子结构等优点,在可见光光解水制氢、光催化CO₂还原等能源方面和可见光光催化降解有机污染物、杀菌等环保方面得到了广泛的实际应用。在诸多改性TiO₂纳米材料的方法中,将普通TiO₂纳米材料转化为黑色TiO₂是一种提高TiO₂可见光利用率以及可见光光催化活性最直接、简单、高效的方法。虽然氢化法、还原法以及氧化法都能成功合成黑色TiO₂并且改善其可见光光催化活性,但是这些方法具有成本高,危险性大,不适宜大规模生产的缺点。因此,寻求简单的、低成本的黑色TiO₂制备方法具有重要意义。本文主要探索了简单高效的黑色TiO₂制备新方法,并且利用不同的表征手段对其形成机制以及光催化活性进行了详细深入的研究,主要的研究结果包括:1.探索了一种借助紫外光辐照酒精中的TiO₂,使其颜色变为深蓝色,然后在300℃、N₂气氛条件下低温退火获得黑色TiO₂的制备方法。将酒精中的TiO₂经过紫外光辐照变色的特点和低温退火有效结合,成功制备黑色TiO₂纳米颗粒。制备的黑色TiO₂纳米颗粒具有均一的形貌和粒径以及非常好的可见光响应能力。通过结构表征和理论计算结果表明这种方法制备的黑色TiO₂纳米颗粒对可见光波段的吸收增强可能归因于H掺杂TiO₂。掺杂到黑色TiO₂纳米颗粒晶体中的氢原子能够在其导带以下1.1 eV左右的带隙中形成局域态,从而减少其带隙。另外,根据可见光光催化降解RhB测试结果,黑色TiO₂纳米颗粒的可见光光催化降解活性相比于TiO₂纳米颗粒有大幅度的提高。2.直接通过低温退火法将氧空位成功引入到了黑色TiO₂纳米颗粒晶体中。这种黑色TiO₂纳米颗粒的制备方法更加简便,高效并且环保。利用X射线衍射、激光拉曼光谱与电子顺磁共振波谱等结构表征技术,证实了氧空位被成功的引入到了TiO₂纳米颗粒晶体中。结合X光电子能谱和紫外-可见光漫反射吸收光谱结果分析得出:引入的氧空位能够改变黑色TiO₂纳米颗粒的晶体结构和电子结构,从而扩宽对可见光的响应,同时,氧空位也能大大地降低电子和空穴的复合率。通过光催化降解RhB和MB有机染料实验,结果表明这种方法制备的黑色TiO₂纳米颗粒的可见光光催化活性也得到了改善。3.溶剂淬灭法来改性TiO₂纳米晶体表面。通过将普通TiO₂纳米晶体加热至700℃,并立即将高温TiO₂纳米晶体浸入到乙醇中进行淬灭,最后成功获得了黑色TiO₂纳米晶体。证实了TiO₂纳米晶体经过溶剂淬火处理之后,氧空位和-OH被引入到黑色TiO₂纳米晶体表面,且表面氧空位在增强可见光吸收和可见光驱动水分解产氢中起着关键作用。黑色TiO₂纳米晶体的可见光催化产氢速率为180.5μmol g^-1·h^-1,并且在模拟太阳光条件下,其光催化产氢速率高达360μmol g^-1·h^-1,是商业纳米TiO₂（P25）纳米晶体的15倍。