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环境污染和能源短缺是二十一世纪人类面临和亟待解决的重大问题。半导体光催化技术能有效地将太阳能转化为电能和化学能，在有效缓解人类所面临的环境污染和能源短缺两大方面显示了巨大的潜力。TiO2作为一种重要的半导体光催化材料，具有其他材料无法比拟的优异性能。然而TiO2的光催化活性局限于只吸收太阳光的紫外部分，且光生电子-空穴对很容易发生复合，严重影响了它的光催化量子效率乃至它的实际应用。本文通过设计两种异质结构，试图获得产生的内建场来分离光生电子与空穴，以延长光生电子与空穴的寿命，从而达到提高光催化量子效率的目的。 本文具体来讲: (1) TiO/TiO2异质结:我们采用高能球磨法制备了异质结型纳米结构的TiO/TiO2光催化剂。X射线衍射(XRD)证明了TiO/TiO2异质结的存在。扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)显示所制各样品的平均颗粒尺寸和平均晶粒大小分别为23nm和13nm。紫外-可见漫反射吸收谱(DRS)显示TiO能有效增强TiO2对可见光的吸收，同时也改变了TiO2的禁带宽度。紫外光电子能谱(UPS)测试表明TiO的功函数比TiO2的功函数要大。光催化降解实验显示掺入一定量的TiO能有效提高锐钛矿TiO2的光催化活性。最好的TiO/TiO2纳米异质结构光催化剂降解甲基橙的效率在短时间内即达到93％，光催化性能甚至比贵金属Au沉积改性的TiO2的光催化性能要好。锐钛矿相TiO2光催化活性提高的原因主要是由于纳米尺度的TiO/TiO2异质结间存在内建场，这些内建场能有效分离光生电子与空穴，因而提高了光生电子与空穴的寿命，进而提高光催化效率。因此用TiO替代贵金属Au来对TiO2进行改性将能大大的降低材料制备的成本，同时，本研究也为提高TiO2的光催化活性指明了一个方向，即通过掺入一定量的功函数大于TiO2的化合物能有效提高TiO2的光催化性能。 (2) Ti2O3/TiO2异质结:本文采用同样方法制备了另一组纳米异质结构光催化剂Ti2O3/TiO2，应用XRD和DRS对样品进行了表征，并以甲基橙为反应物模型进行了光催化降解实验。XRD结果证明了Ti2O3/TiO2异质结的存在，DRS谱显示样品的吸光度随着Ti2O3含量和波长的增大而不断提高。光催化降解实验说明随着Ti2O3含量的增加，Ti2O3/TiO2的光催化性能逐渐减弱。原因很可能是因为Ti2O3的能隙太小，当Ti2O3和TiO2形成纳米异质结构时，Ti2O3的导带和价带能级电位正处于TiO2的导带和价带能级电位之间，这使得Ti2O3能被可见光激发而TiO2却不能被可见光激发。在Ti2O3/TiO2光催化剂中，由于Ti2O3的能级更容易成为光生电子和空穴的复合中心，因而导致TiO2的光催化性能降低。