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针对纳米氧化物吸附氧气能力差、和氧化物可见光激发的高能电子利用率差等显著影响材料光催化活性的科学问题，通过利用磷酸、氢氟酸和硼酸等无机酸表面修饰策略提高了纳米氧化物如TiO2 和Fe2O3 等和纳米结构晶态碳如纳米管和石墨烯等对氧气的吸附；又利用宽带隙纳米氧化物如TiO2 和ZnO等复合改性可见光响应的纳米氧化物如Fe2O3 和BiVO4 等，显著地提高了可见光激发的高能电子的利用率。通过以上策略，研发了系列高活性的氧化物基半导体等光催化纳米材料。同时，重点利用气氛可控的和时间分辨的表面光伏技术、瞬态吸收光谱、光电化学测试、氧气程序升温脱附和羟基自由基测试等，深入地揭示了所采用的以上策略显著地改善了材料光生电荷分离状况的关键机制。这将为进一步发展高活性的环境光催化纳米材料等提供理论上和实践上的依据。