随着社会经济的飞速发展，水资源的严重污染已成为制约人类生存和发展所面临的关键因素。相比于传统的水污染治理方法，半导体光催化去除污染物作为一种高级氧化技术，已被证明可以高效环保地治理污水。TiO2因其无毒、含量丰富、物理化学稳定性而成为被研究最多的光催化半导体，但是TiO2只能吸收紫外光且量子效率较低从而限制了它的工业化应用。因此，如何提高TiO2光催化效率和增大其吸光范围已经成为TiO2基光催化剂的研究热点。常见的改性方法包括构建异质结、贵金属负载、元素掺杂等方法，但是这种方法只能在一定程度上提升TiO2光催化性能。此外，TiO2与碳质纳米材料复合也是一种行之有效的改进方案，首先碳质材料的吸附性能非常优异，可以显著提高催化剂表面有机污染物的浓度，有机大分子如抗生素等在催化剂表面的高吸附是提高光催化活性的关键贡献；其次碳质纳米材料可以提高整个可见光范围内TiO2的光吸收；最后碳质材料在TiO2中起着电子蓄水池的作用，将电子从电子空穴对中带走，从而提高了TiO2中电荷分离的效率。所以将改性后的TiO2与碳质纳米材料的结合从而进一步提升它的性能。本论文基于一维TiO2纳米线材料，探究了从内部结构改性以及表面改性两种方法的共同作用，进一步提升TiO2光催化去除水中污染物的能力。
　　研究工作取得如下主要结果：
　　（1）以一维H2Ti3O7纳米线为前驱体，通过酸化和煅烧，分别制备出单相，双相TiO2。然后通过水热法在一维双相TiO2纳米线表面上包覆一层水热碳膜，从而形成三元brookite@anatase@C纳米材料。研究发现异相结和水热碳膜均能提高TiO2对四环素（TC）在紫外-可见光照射下的光催化降解活性。另制备了Ta、Ta@Tb和Ta@C三个对比样品，详细分析了异相结结构和表面HTC涂层对Tb@Ta@C光催化性能的影响。结果表明一维brookite@anatase@C纳米材料具有双重增强的光催化效果。
　　（2）以一维H2Ti3O7纳米线为前驱体，通过加入不同比例的CuCl和调节不同的煅烧温度制备出一系列Cu掺杂TiO2纳米线，再通过它们在可见光下光催化降解四环素的效率确定最优掺杂条件。之后在Cu掺杂TiO2纳米线表面包覆一层聚多巴胺碳膜。研究发现，掺杂和聚多巴胺涂层都可以促进一维TiO2纳米线的光催化效果，并且根据聚多巴胺在不同pH下表面带有正电或者负电，通过静电吸附不同电性的重金属离子或染料从而实现不同pH下的优先吸附和催化。实验结果表明，Cu-TiO2@PDA在酸性条件下对Cr（VI）具有更好的吸附和光催化还原性能，在碱性条件下对MB具有更好的吸附和光催化降解性能。
　　本研究通过合成一维改性TiO2复合材料，将两种不同的碳材料分别与不同的改性方法结合起来，为TiO2的改性提供了新的思路，也为实现TiO2的工业化应用提供了一条可行性方案，具有重要的理论意义及实际价值。