纳米TiO₂具有优异的光催化活性。它的化学性质稳定、无毒副作用、且抗光腐蚀,能将环境中存在的大量的微量有机物降解为无污染的无机物,还能杀死细菌病毒等。因此,纳米TiO₂在环境、生物、医疗卫生和新能源开发等领域具有广泛的应用前景。但是,纳米TiO₂光催化剂作为一种半导体材料,它的禁带宽度较宽,只能吸收紫外光,对太阳能的利用率较低,因而限制了它的应用。为了提高纳米TiO₂在可见光区的光催化活性,充分利用自然界中廉价、清洁的太阳光能,必须对其进行改性处理。本论文主要研究了真空热处理、H2和N2气氛改性处理,通过在TiO₂的晶体结构中引入氧空位缺陷来改变其固有的能带结构,从而提高纳米TiO₂在可见光区的光催化活性。本研究以TiCl4为原料,采用水解法制备了纳米TiO₂粉体。通过控制实验参数获得了锐钛矿型、金红石型和混晶型纳米TiO₂,对TiCl4的水解特性和不同晶型的TiO₂粒子形成的机理进行了深入的研究。将实验室制备得到的锐钛矿型和混晶型纳米TiO₂在空气中进行煅烧处理,利用X射线衍射（XRD）分析了煅烧温度对纳米TiO₂的晶体结构和粒径的影响,以及锐钛矿相向金红石相转变的温度,对纳米TiO₂的相变过程进行了热力学计算,理论计算与实验结果一致。本研究采用真空热处理工艺对锐钛矿型纳米TiO₂进行了改性处理,紫外可见漫反射吸收光谱（DRS）表明,400℃和1000℃改性后的样品的光吸收阀值分别红移至480nm和600nm处,实现了对可见光的吸收。高分辨率透射电镜（HRTEM）和X射线光电子能谱（XPS）分析发现,改性后的样品中O/Ti原子比小于2,在TiO₂的晶体结构中产生了氧空位缺陷和Ti3+离子,共同作用改变了TiO₂的能带结构,在价带和导带之间形成了新的氧空位态,从而使吸收光的波长向可见光区移动。本研究在H2还原气氛和N2气氛中进行热处理改性,也使各种晶型的纳米TiO₂的光吸收阀值均有不同程度的红移。对热处理气氛、温度和晶型等因素进行了研究,在H2还原气氛下,最佳的处理温度在700℃左右,该温度下,锐钛矿型、金红石型和混晶型纳米TiO₂的光吸收阀值分别为450nm,490nm和500nm。而在N2气氛中进行热处理时,最佳的温度为400℃左右,金红石型和混晶型纳米TiO₂的光吸收阀值分别为440nm和420nm。XPS分析也证实了在改性后的样品中存在氧空位缺陷。最后,以甲基橙溶液为降解模型,研究了改性后的样品在可见光下的光催化活性。观察时间与降解率关系曲线的结果表明,改性处理后的样品在可见光下都具有光催化活性,并且根据热处理气氛、晶体结构以及内部缺陷数量等因素的不同而有一些差别。