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针对纯TiO2的电子和空穴容易发生复合、光催化效率较低、带隙较宽只能在紫外区显示光化学活性的缺陷,本文提出了采用等离子喷涂法制备金属离子掺杂TiO2纳米粉末的方法,并通过TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis和XPS等方法对制备的掺杂TiO2纳米粉末进行表征,分析掺杂金属离子对TiO2形貌、尺寸及物化性能的影响,通过光催化试验研究了金属离子掺杂对TiO2光催化特性的影响,分析其影响机理及其反应动力学规律。试验结果表明:等离子喷涂法制备的TiO2粉末基本呈球形或近球形,粒径分布范围为10~50nm,在金属离子掺杂量较低时以锐钛矿相为主,掺杂量较高时以金红石相为主。随着Fe3+掺杂含量的增加,锐钛矿相含量呈先增大后减小的趋势,Bi3+的掺杂则促进了锐钛矿相向金红石相的转变。少量的Fe3+掺杂会阻碍TiO2晶粒的生长,增大掺杂量则促进晶粒长大;Bi3+掺杂则促进锐钛矿及金红石相的粒径增长。TiO2粉末的红外吸收光谱中400~1000cm-1区间的宽吸收带对应于TiO2的Ti-O键伸缩振动和变角振动,随着Fe3+和Bi3+掺杂含量的增大,该吸收带明显窄化;随着金属离子掺杂含量的增大,TiO2的光吸收带边出现了明显的红移现象,且随着掺杂含量的增加,红移量明显增强。Fe3+掺杂TiO2纳米粉末中,Fe元素仍为+3价,而Ti元素均为+4价。随着Fe3+掺杂含量的增大,XPS高分辨谱O 1s区中表面羟基所占比例逐渐增大,而吸附水所占比例逐渐减小。Fe3+和Bi3+两种金属离子均能明显提高TiO2的光催化活性,随着金属离子掺杂含量的增大,TiO2的光催化活性均呈先增大后减小的趋势,Fe3+最佳掺杂含量为0.5%,甲基橙降解率在60min可达81%,为纯TiO2粉末情况下降解率的1.8倍;Bi3+的最佳掺杂含量为0.1%,甲基橙降解率在60min可达92%,为纯TiO2粉末情况下降解率的2.0倍。随着热处理温度的升高,锐钛矿相含量先增大后减小,而TiO2光催化降解甲基橙速率逐渐减小。