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光催化氧化法处理挥发性有机污染物（VOCs）是目前室内空气治理的热点之一，其中高活性TiO2光催化剂的研发是影响其实用化的关键。本论文主要针对光催化剂存在的电子-空穴复合率高以及太阳能利用率低两大难题，通过金属离子掺杂改性抑制电子-空穴复合，同时拓展其光响应范围，从而制备得到高活性金属离子掺杂纳米TiO2光催化剂，并采用XRD、TG-DSC、TEM-EDS、UV-VIS等手段对催化剂进行表征，探索金属离子掺杂的作用机制，并将其应用于室内空气中甲苯的光催化降解，为光催化技术在室内空气中的应用提供理论依据。 研究内容包括：采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2纳米粒子，在间歇反应器中研究了其对气相甲苯的光催化活性以及光源、催化剂负载量、温度、甲苯初始浓度等因素对其降解的影响；实验结果表明，其光催化活性为P25的1.5倍，254nm紫外光对甲苯的降解效率比365nm的高近40倍；随负载量的增加光催化效率先增大后减小，存在最佳值，为1.51mg·cm-2；在室内空气全年的温度变化范围内，温度变化对反应速率的影响很小；增加甲苯初始浓度可加快反应速率。 结合整个反应过程，推导了L-H光催化动力学公式，计算得甲苯的光催化反应速率常数k、吸附动力学常数K分别为1.98×10-4 mol·m-3·min-1、1.51×103m3·mol-1；由FT-IR检测结果推得光催化降解气相甲苯的中间产物为六元环醇。 溶胶-凝胶法分别制备得到Fe3+、Cr3+、Cu2+、Zn2+掺杂的TiO2纳米粒子，以间歇系统中其对甲苯的降解效率为依据，筛选得Zn2+为最优掺杂粒子；讨论了不同掺杂前驱体、Zn2+掺杂量、催化剂灼烧温度、催化剂灼烧时间等制备条件对Zn2+-TiO2光催化活性的影响，发现灼烧温度的影响最大；得到溶胶-凝胶法制备Zn2+-TiO2的优化条件为：硝酸锌为掺杂前驱体，焙烧温度500℃、焙烧时间3.5h。优化制备条件下所得Zn2+-TiO2对甲苯的kobs为纯TiO2的2倍。结合TG-DSC、XRD、TEM-EDS及UV-VIS等分析手段，通过对Zn2+-TiO2与纯TiO2在内部结构及外部形貌比对，分析了Zn2+掺杂对TiO2纳米粒子的相变作用机理，结果表明，合适的Zn2+掺杂能有效抑制TiO2由无定形向锐钛矿转变及由锐钛矿向金红石的相转变过程、减小TiO2纳米粒子粒径、使TiO2纳米粒子发生蓝移和红移，从而增强TiO2对甲苯的光催化活性。