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能源危机和环境污染是当前困扰人类可持续发展的两大难题,大量不可再生化石能源的消耗产生了严重的环境污染,改变能源消耗结构,发展可再生清洁能源是广大科研工作者必须面临的挑战。众所周知,太阳能是最理想的可再生清洁能源,然而太阳能的密度较低很难直接利用,将低密度的太阳能转换成可直接利用的高密度清洁化学能是解决能源危机和环境污染的有效途径。1972年,日本科学家Fujishima和Honda报道利用半导体二氧化钛电极实现了光催化分解水产氢,随后,Inoue等报道在水溶液中利用半导体粉末将温室气体CO2光催化还原成可利用的碳氢燃料,半导体光催化技术已成为利用太阳能的重要手段之一。TiO2光催化剂由于廉价,无毒,化学惰性以及长时间的光稳定性受到广泛研究,然而其光催化效率不高,光响应范围窄是制约其实际应用的主要因素。光催化效率不高主要是因为其具有较高的光生电子和空穴复合率,光响应范围窄是因为TiO2的禁带宽度较宽,研究提升其光催化性能是目前研究热点。本论文主要集中于一维TiO2复合材料的静电纺丝制备及其光催化产氢和还原CO2性能研究。第一,利用同轴静电纺丝技术得到了TiO2纳米管。纺丝过程中,外层纺丝前驱体溶液主要是钛酸四丁酯,聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液,内层纺丝前驱体溶液为石蜡油;煅烧过程中,内层石蜡油挥发,外层含Ti前驱体晶化成TiO2即得到了TiO2纳米管。随后在TiO2纳米管表面沉积Cu2O和Ag制备了TiO2-Ag-Cu2O三元复合光催化剂。对得到的样品进行光催化产氢测试发现:TiO2-Ag-Cu2O复合光催化剂比TiO2,Ti O2/Ag和Ti O2/Cu2O展现了更好的光催化产氢性能,样品TiO2-Ag-Cu2O的性能是纯的TiO2纳米管的62倍,在365 nm光照下,量子效率为2.3%。TiO2-Ag-Cu2O三元体系中Ag的表面等离子共振效应改变了Cu2O和TiO2间的电荷转移方式,通过一系列的表征技术,提出了一种不同于一般异质结的双Z-型的电荷转移机理,这种双Z-型电荷转移增强了光生电子和空穴分离同时保留了光生电子和空穴更高的还原氧化能力。第二,利用静电纺丝技术制备了碳纳米纤维。纺丝过程中,纺丝前驱体溶液为溶解聚丙烯腈(PAN)的氮氮二甲基甲酰胺(DFM)溶液,随后通过两步煅烧过程得到碳纤维。得到的碳纤维置于强酸溶液中表面活化后通过水热的方法在其表面原位生长了TiO2纳米晶粒。该复合材料形成了一种碳纤维@TiO2核壳结构,对其进行光催化还原CO2性能测试,发现其性能是单纯的水热制得的TiO2的2.3倍。通过相应表征发现,性能提升可以归因于以下几点:(1)引入碳纤维后样品的比表面积会变大,表面反应活性位点会增加;(2)黑色碳纤维具有很强的吸光性,并将吸收的光能转换成热能造成局部热效应,加快了反应物和产物的扩散,从而提高了光催化反应效率;(3)具有良好导电性的碳纤维可以很快导走TiO2产生的光生电子,从而阻止TiO2的光生电子和空穴发生复合,提高光催化反应效率。