随着现代工业的迅猛发展，能源短缺和环境污染问题日益加剧，开发新能源和环境保护技术则显得尤为重要。光催化技术作为一项新型的能源与环保技术，被认为是解决能源和环境问题的最为有效的途径之一。二氧化钛(TiO2)作为最重要的一种光催化材料，具有比表面积大、光催化能力强、化学惰性、低成本和长期稳定性等特点，因而备受研究者关注。然而，TiO2光催化材料目前仍存在许多不足，TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外光（仅约太阳光的3-5％）参与光催化反应，对太阳光的利用率低。此外，TiO2的光生载流子复合速率较快，导致其量子效率较低，很大程度限制了其在实际应用。因此，如何通过对TiO2光催化材料尺寸、形貌、构造和结构调控或与其它材料复合构筑新型TiO2分级杂化光催化剂，有效调控其禁带宽度，实现对太阳光最大程度的利用，降低光生载流子复合，提高光催化量子效率，并提高其光催化性能则是该领域研究的关键。　　本文针对上述研究背景，设计构筑了@titanate/Au@TiO2和GO@TiO2两类基于TiO2的分级杂化纳米光催化剂，尝试通过钛酸盐和贵金属Au与TiO2耦合和氧化石墨烯与TiO2耦合，调控TiO2其能带结构，加快光生载流子的迁移速率，抑制光生载流子的复合，进而提高其光催化活性，具体研究内容归纳如下:　　本文首先采用St(o)ber法制备出尺寸均匀SiO2纳米微球，采用溶胶凝胶法在最外层包覆TiO2壳层，通过水热辅助的刻蚀方法，制备了钛酸中空纳米微球，然后利用溶胶浸渍法将Au纳米颗粒负载于中空钛酸纳米微球表面，最后利用溶凝胶法包覆TiO2壳层，通过煅烧处理获得了titanate-Au-TiO2分级杂化纳米光催化剂（@titanate/Au@TiO2），并对其物相、尺寸、形貌、比表面和孔结构、能级特性和光催化特性进行了系统研究，并以甲基橙(MO)为模型反应对其光催化性能进行了评价。研究结果表明，@titanate/Au@TiO2具有独特的空心三明治结构，表面具有介孔孔道，贵金属Au均匀分布于钛酸钠和TiO2夹层之间，对甲基橙(MO)具有优异的光催化降解性能。其光催化性能的提升主要是由于@titanate/Au@TiO2空心微球构造可以作为一个微反应器，使得MO分子可以自由扩散进出微反应器，提高其与光催化剂的充分接触，MO在片层状的titanate和多孔的TiO2壳层之间流通，与催化剂充分接触，进而提高光催化活性。此外，titanate、Au和TiO2三者杂化导致光催化剂的能级有效匹配，有利于载流子的迁移，抑制了电子-空穴对的复合，从而提高了光催化活性。　　本文第二部分工作采用St(o)ber法制备出尺寸均匀SiO2纳米微球，并在其表面包覆氧化石墨烯(GO)，通过羟基修饰后，采用溶胶凝胶法在最外层包覆TiO2壳层，通过水热辅助的刻蚀方法制备了大比表面积的@GO@titanate分级杂化纳米光催化剂。对@GO@titanate分级杂化纳米光催化剂在N2保护下500℃煅烧，得到GO@TiO2(C)级杂化纳米光催化剂;酸性条件下对@GO@titanate分级杂化纳米光催化剂进行水热处理，得到GO@TiO2(H)分级杂化纳米光催化剂。对GO@TiO2(H)分级杂化的物相、尺寸、形貌、比表面和孔结构特性进行了系统的表征分析，并以甲基橙(MO)、甲基蓝(MB)和罗丹明(RhB)降解为模型反应，测试了不同纳米光催化剂的光催化剂性能。研究结果表明，GO@TiO2(H)在降解MO，MB和RhB是均表现出良好的催化活性，完全降解MB和RhB分别只需15和30min。这主要是由于GO与TiO2之间的强耦合作用的结果，作为电子受体，GO耦合后有利于界面电荷转移，并抑制电子-空穴重组。此外，共轭染料分子的大芳香结构可以通过π-π键吸附到GO片上，有利于提高反应速率。同时，GO@TiO2(H)纳米光催化剂中TiO2的颗粒较小(＜10nm)，禁带变宽，导带和价带能级更加分立，提高了电子/空穴迁移催化剂表面的速率，减少了电子-空穴对在催化剂内部复合使得，TiO2的氧化还原能力增强，从而极大地提高其催化活性。