能源短缺和环境污染是全世界范围都无法逃避的严峻现实问题,随着对新材料领域的日益深入研究,半导体光催化剂具有应用于光电转化和光催化降解领域的潜在应用价值。针对光催化剂的研究核心在于开发稳定、高效且廉价的光催化剂,而在众多光催化剂中,二氧化钛有合适的带隙宽度,并且性质稳定,廉价易制得,得到专家学者们的关注和深入研究。因此,本论文主要针对二氧化钛,研究掺杂改性和开发新结构对其光催化活性的影响,以下为本论文的具体研究内容:首先,利用水热合成和溶剂热合成法制备了具有不同元素组成的碳点。电子显微镜下的碳点直径在5~15 nm之间,分散状况良好,几乎没有团聚现象;高倍率透射电子显微镜下可以观测到碳点具有明显的(101)面晶格条纹;X电子能谱分析得到氮掺杂碳点中只包含氮、碳、氧元素,并且氮原子主要以吡啶氮的形式取代碳原子并插入碳环之中;紫外可见光光谱分析和荧光光谱分析结果表明,几种碳点中,氮掺杂碳点在紫外光区有强光吸收,并且荧光发射稳定,不受激发波长影响。从碳点优秀的荧光性能以及紫外吸收性能可以推断,碳点具有用于光催化和光电转化领域的潜质。将碳点与聚乙烯吡咯烷酮均匀混合作为纺丝前驱体溶液进行静电纺丝,得到荧光纳米纤维。这证明了碳点具有良好的稳定性,荧光纳米纤维有希望应用于柔性荧光塑料薄膜制品生产,纺织纤维织造产品的荧光图案化,为固态荧光检测传感、防伪荧光标记等应用研究提供了基础。其次,在商用氟掺杂导电玻璃基底上水热生长了形貌良好的二氧化钛纳米棒阵列。在电子扫描显微镜高倍数观察下,通过调控溶剂热温度、钛源量、前驱体配比可以得到均匀整齐纳米棒阵列,具有最佳形貌的纳米棒阵列中,纳米棒平均直径约70 nm,阵列厚度230 nm。通过X射线衍射法验证二氧化钛为金红石和锐钛矿共存的混合晶型;通过傅里叶红外光谱对二氧化钛纳米棒中成键进行了深入研究分析。通过物理浸泡吸附法和原位生长两种制备方案进行碳点修饰二氧化钛纳米棒,并将两组修饰纳米棒阵列及未修饰原始纳米棒阵列作为对电极组装成染料敏化太阳电池,进行光电性能测试。结果表明,两组修饰后纳米棒电池效率对比未修饰碳点的电池效率均有大幅提高,同样,浸泡吸附法制备碳点修饰的二氧化钛层效率略高于原位法。最后,在静电纺丝法和氮气保护高温烧结热处理制得二氧化钛纳米纤维的基础上,将四水合乙酸钴和九水合硝酸铁加入到前驱体溶液中,纺丝并烧结后制得铁钴双过渡金属掺杂的二氧化钛纳米纤维。通过X射线衍射法研究了在烧结温度逐渐提高的情况下纳米纤维的晶型变化。X射线光电子能谱结果显示纤维中钛离子主要为四价,且铁钴金属离子成功掺杂到纤维中。紫外可见漫反射可以计算得到纤维带隙,结果显示掺杂后的纤维禁带宽度显著减小,有利于提高纤维的光催化性能,通过汞灯照射下纤维催化降解染料罗丹明B的实验可以得到,铁钴掺杂的二氧化钛纳米纤维具有良好的光催化活性。5 wt%的掺杂条件下罗丹明B的降解率为48.9%。总而言之,本文研究碳点制备及二氧化钛材料改性,首先制备了具有荧光性能的多种元素掺杂碳点,并创造性地使用溶液静电纺丝法将食用豆奶粉种提取到的绿色荧光碳点成功制备为纳米纤维,具有优秀的荧光性和出色的纤维形貌。碳点纤维将碳点的应用范围大大拓宽,使其荧光性能可以在纺织、过滤和组织工程等更多领域发挥作用,为固态荧光技术的发展与应用研究做出贡献。将氮掺杂碳点用于二氧化钛纳米棒阵列对电极掺杂,获得了远超未掺杂对电极的光电转换效率,尤其短路电流密度明显改善,证明了氮掺杂碳点掺杂主要对二氧化钛的电子传输能力有较大提升作用。重点研究了双金属掺杂二氧化钛复合纳米纤维的静电纺丝制备,通过XRD、XPS、FTIR、UV-Vis等技术手段深入分析了铁钴复合纤维的微观结构与性能,通过光催化降解染料实验证明铁钴复合纤维具有较好的催化降解效率,并且易于与水体分离,可以作为一种有效的污染物催化降解材料。