纳米光催化技术作为一种环境友好型水污染控制技术倍受青睐。目前已发现许多难生物降解、有毒有机化合物均可在光照下通过光催化降解，特别对低浓度、高毒性有机污染物的控制，光催化技术有着独特的优点和潜在的发展前景。然而，这一技术在污染控制方面迄今尚未实现大规模工业化应用，其主要原因在于以下两个问题尚未得到很好解决:一是在完成光催化使命后催化剂从水体中难以分离回收;二是TiO2受光激发后光生电子与空穴容易复合而表现出的低光量子效率。本论文针对这两个亟待解决的问题展开研究。首先进行光催化膜研究，采用阳极氧化法在不同电解液体系中制备了TiO2薄膜和TiO2纳米管两种不同结构的光电极，构建光电催化反应体系;其次，对TiO2纳米管光电极进行掺杂改性研究，以期提高光量子效率，并考察共掺杂后不同元素间的协同作用。分别以亚甲基蓝和甲基橙溶液为降解反应物，探讨了制备的掺杂TiO2薄膜和纳米管光电极的光电催化活性。取得如下研究结果:　　(1) TiO2薄膜和Ru掺杂TiO2薄膜光电极。在0.5mol/L H2SO4溶液中，采用阳极氧化法，研究了TiO2薄膜光电极的制备和光电催化性质，其制备条件为:阳极氧化电压20V，阳极氧化时间20min，热处理温度600℃。钌的掺杂可提高TiO2薄膜光电极的比表面积和光吸收性能，光电催化过程具有明显的光电协同效应。在外加偏压0.2V、初始pH值5时，掺杂1％钌的TiO2薄膜光电极对5mg/L亚甲基蓝光电催化120min可使其完全脱色，其光电催化降解遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型，测得其反应速率常数k=0.781mmol·(L·min)-1;吸附常数K=0.225 L·mmol-1。　　(2) TiO2纳米管光电极。在NH4F+H3PO4等五种不同电解液体系中，分别研究了TiO2纳米管光电极的制备方法。结果表明，在NH4F+H3PO4、 NH4F+H2SO4和NH4F+H2C2O4三种体系中制备的纳米管管径分别为50～60nm、100～110nm和90～100nm，而HF+H2SO4和HF体系制备的纳米管并未生长完全。在H3PO4/NH4F=1/1的电解液体系中，TiO2纳米管光电极的最佳制备条件为:阳极氧化电压为20V，阳极氧化时间20min，煅烧温度为500℃。外加偏压为0.6V，反应30min，TiO2纳米管光电极对5mg/L甲基橙的光电催化脱色率达到96.32％。　　(3) Ru掺杂TiO2纳米管光电极。将阳极氧化法和光化学沉积法相结合，研究了贵金属Ru掺杂的TiO2纳米管光电极。结果表明，Ru掺杂TiO2纳米管光电极具有性质均匀的一体化膜层，微量贵金属Ru原子簇形态沉积在TiO2纳米管电极表面，掺杂前后TiO2纳米管电极形貌和晶相无明显变化，但光吸收强度提高明显，且吸收边带出现红移。RuCl3浓度为10-2mol/L，外加电压为0.2V，在酸性条件下对10mg/L甲基橙的脱色率达到57.6％。　　(4)贵金属Au、Pt、Pd掺杂TiO2纳米管光电极。采用光化学沉积法对TiO2纳米管光电极进行Au、Pt和Pd的掺杂，SEM分析表明贵金属纳米粒子在纳米管管壁和管顶的沉积。能谱分析表明电极表面除了掺杂元素外，电解液中少量非金属F和P元素被引入光电极。UV-VIS-DRS分析表明:Au掺杂后TiO2纳米管在400nm-700nm具有明显的吸收峰，最大吸收峰位置呈依次减小趋势;Pt掺杂后TiO2纳米管在400nm-700nm范围内具有更强的吸收峰，并出现红移;Pd掺杂后TiO2纳米管在可见区的吸收性能有明显提高，但在紫外区吸收性能有所下降。催化降解结果表明:Au、Pt和Pd对5mg/L甲基橙的脱色率分别为98.02％、98.24％和98.91％。　　(5)非金属N与贵金属共掺杂TiO2纳米管光电极。N掺杂后TiO2光电极对波长大于400 nm的光吸收明显提高，并且吸收边界向发生红移。贵金属/N共掺杂后TiO2光电极相比N掺杂后的吸收边界进一步红移，其中Au、Pd掺杂后光电极在紫外区的吸收下降、Pd掺杂后在可见区的吸收峰最好。对甲基橙的降解结果表明:共掺杂后TiO2纳米管光电极的对甲基橙的脱色率均高于单一元素掺杂，其中当Pd/N共掺杂后光电极催化活性最高，30min对10mg/L甲基橙的脱色率达73.2％。四种贵金属掺杂后TiO2纳米管光电极的催化活性高低顺序为Pd＞Pt＞Ru＞Au，四种贵金属和N共掺杂后TiO2纳米管光电极的催化活性高低顺序为Pd＞Ru＞Pt＞Au。Pd/N共掺杂TiO2纳米管光电极对甲基橙光电催化降解遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型，测得其反应速率常数k=0.008mmol·(L·min)-1;吸附常数K=5.830 L·mmol-1。重复实验表明，Pd/N共掺杂TiO2纳米管光电极重复使用12次，对甲基橙的脱色率维持在90％以上。