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TiO2光催化剂在污水和空气净化方面的应用得到越来越多的重视。但由于其能带较宽（3.2 eV），只能被波长小于380 nm的紫外光激发。而上述波段的光能量只占太阳光中能量的3-5 %左右。加之纳米TiO2粉体作为光催化剂存在着回收难、不易二次利用等问题。因此为了更有效地利用太阳光中的可见光能量，开发对可见光响应的、高性能、易回收的TiO2光催化剂显得十分必要。为此，本实验采用天然棉花纤维为模板，对TiO2进行金属离子掺杂修饰，制备出了一系列金属离子掺杂的、具有中空纤维结构的半导体纳米光催化材料。本论文主要由以下三个方面组成：1.采用棉花纤维为模板，成功地合成了Fe3+掺杂的Fe3+/TiO2中空纳米纤维光催化材料。以亚甲基蓝（MB）的脱色降解为模型反应，考察了Fe3+掺杂量、煅烧温度、煅烧时间、催化剂用量对其催化性能的影响。结果表明，用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料的表面有大量纳米微粒（平均尺寸约12 nm）存在；Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构TiO2中，部分取代Ti4+的晶格位置，既拓宽了TiO2的光谱响应范围，又形成了TiO2晶体结构的缺陷，使其表面荷负电荷。在太阳光条件下，该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果，且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能；当Fe3+掺杂量为0.15 %，在500 oC煅烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好，2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93 %；重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90 %以上，且该催化剂材料易于离心分离去除。因此，以该模板合成法，通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种无能耗、高活性的绿色环保型催化材料。2.采用棉花纤维为模板，成功地合成了Zn2+/TiO2中空纳米纤维光催化材料。以亚甲基蓝（MB）的脱色降解为模型反应，考察了Zn2+掺杂量、煅烧温度、煅烧时间、催化剂用量和浓度对其光催化性能的影响。实验结果表明：较低量的Zn2+掺杂能够明显抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变；Zeta电位值的大小不是影响样品光催化性能的主要原因。最佳催化反应条件为，Zn2+掺杂量为0.7 %，催化剂煅烧温度600 oC，煅烧时间为2 h，催化剂用量为40 mg，浓度为m(Zn2+:TiO2)= 0.0055 g:0.2348 g。在最佳反应条件下，太阳光下光照5 h，MB降解率可达到100%。3.采用棉花纤维为模板，成功地合成了Sn4+/TiO2中空纳米纤维光催化材料。以亚甲基蓝（MB）的脱色降解为模型反应，考察了Sn4+掺杂量、煅烧温度、煅烧时间和催化剂用量对其催化性能的影响。XRD表明：在较低的掺杂量下，Sn4+掺杂对TiO2的相转变温度影响不大。UV-Vis光谱表明：Sn4+/TiO2中空纳米纤维样品较纯TiO2中空纳米纤维在200-800 nm紫外-可见光范围内具有更强的吸收，且其起始吸收带边发生了一定的红移。用模板法制备的Sn4+/TiO2中空纤维光催化剂对MB具有很好的光催化效果。最佳反应条件为，Sn4+掺杂量为0.3 %，催化剂煅烧温度600 oC，煅烧时间为2 h，催化剂用量为40 mg。在最佳反应条件下，太阳光下光照3 h，MB降解率可达到100 %。