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TiO2半导体纳米材料在太阳能电池、光催化分解水制氢、光催化降解污染物等方面具有广阔的应用前景。但是,TiO2存在的两大问题,即禁带宽度大,以及光生载流子复合率高,极大地限制了其光电化学转换效率,影响了其在实际中的应用。本论文针对TiO2纳米材料存在的以上问题,采用贵金属沉积、碳材料复合等方法对其进行了化学修饰,借助TEM,XRD,IR以及UV-Vis等分析手段对化学修饰TiO2体系进行了形貌、结构以及光谱性质的表征,并利用光电化学测试系统、电化学阻抗谱、Mott-Schottky技术等手段对相应的光电化学反应机理进行了探究,为TiO2复合体系在太阳能电池和光催化降解污染物等方面的研究提供了有益的理论和实践指导。本论文主要包括以下方面的研究工作:1.Ag的化学价态对于Ag-TiO2体系光电化学性质影响的研究。通过光还原—热处理的方法制备了Ag（0）-TiO2,Ag（I）-TiO2复合体系,借助光谱方法、元素分析、光电化学技术等手段对两个体系进行了系统的比较研究,发现单质Ag由于SPR效应而使体系产生可见光电流,而Ag（I）可作为电子的受体降低载流子复合率,有利于催化性能的提高。该工作提出了通过调整Ag的化学价态来控制Ag-TiO2体系光电化学性质的可能性。2.TiO2-石墨烯光催化剂研究。利用水热方法合成了TiO2-石墨烯纳米复合物,并首次报道了P25-石墨烯作为光催化剂的优势。该催化剂具备优秀的吸附能力,拓展的光吸收范围,以及良好的电荷传输和分离能力,在光催化降解污染物、光解水制氢、太阳能电池等方面有潜在的应用前景。3.基于TiO2催化剂的紫外光-可见光交替照射降解（UVLAP）偶氮染料策略。该策略基于偶氮物质光致异构性质及所带来界面电荷传输性质和空间位阻的变化,在TiO2催化下,相对传统的紫外光照催化降解方式,UVLAP在相同的降解程度下,以能量消耗为衡量,降解速率提高近40%。该工作为偶氮染料及具有类似光致异构性质的污染物的能源高效降解提供了有益的探索。