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目前环境污染和能源危机日趋严重，人们为探索新型实用的环保处理技术和寻求新的能源进行了大量的研究，其中光催化技术以其独特的优势引起了国内外的广泛重视。TiO2因具有光催化活性高、化学稳定性好、清洁无毒、成本低、氧化还原性强等优点而倍受关注。但TiO2的禁带宽度较大，约为3.2eV，只能吸收波长小于387nm的光，这部分光只占太阳光的5％，严重限制了TiO2光催化剂的应用范围和规模。此外，TiO2在紫外光照射下产生的光生电子空穴对在迁移过程中极易复合，对提高TiO2的光催化性能产生不利影响。为此，对TiO2进行改性成为解决这一问题的必然途径。对TiO2改性的方法主要包括离子掺杂、贵金属沉积、半导体耦合和染料敏化等，其中离子掺杂被认为是最有效的改性方法之一。本文在理论计算的指导下，采用溶胶-凝胶法以及微波化学合成法制备了Fe、Co、Zn、S分别单掺杂TiO2粉体及Fe、Co、Zn分别与S共掺杂TiO2粉体，采用XRD、TEM、纳米粒度分析仪、FT-IR、UV-Vis、PL等方法对所得样品进行表征和分析，并以MB作为目标降解物，考察了普通日光灯下样品的光催化活性。本论文的主要研究内容和结果如下: 一、Fe、Co、Zn掺杂纳米TiO2光催化剂 以蒸馏水为溶剂、Ti(OC4H9)4为前驱体、分别以Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O为Fe源、Co源和Zn源，采用溶胶-凝胶法制备了Fe-TiO2、Co-TiO2、 Zn-TiO2光催化剂，研究了Fe、Co、Zn掺杂浓度、热处理温度对TiO2晶型结构、光谱吸收和光催化性能的影响。结果表明三种过渡金属离子(Fe、Co、Zn)掺杂均降低了TiO2的相转变温度，拓展了TiO2对可见光的吸收范围，有效地抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了TiO2的光催化活性。通过实验得出的最佳优化条件为:60℃水浴，Fe、Co、Zn的掺杂量分别为Fe∶Ti=0.2％（摩尔比），Co∶Ti=0.2％（摩尔比），Zn∶Ti=4.5％（摩尔比），400℃热处理4h。 二、S掺杂纳米TiO2光催化剂 以蒸馏水为溶剂、Ti(OC4H9)4为前驱体、硫脲为S源，采用微波化学法及溶胶-凝胶法制备了S-TiO2光催化剂，研究了S掺杂浓度、热处理温度对TiO2晶型结构、光谱吸收和光催化性能的影响。结果表明S掺杂抑制了TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变，拓展了TiO2对可见光的吸收范围，有效地抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了TiO2的光催化活性。通过实验得出的最佳优化条件为:60℃水浴，S的掺杂量为S∶Ti=0.14(摩尔比)，微波反应压强100PSI，450℃热处理4h。 三、Fe、Co、Zn分别与S共掺杂TiO2光催化剂 以蒸馏水为溶剂、Ti(OC4H9)4为前驱体、分别以Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O为Fe源、Co源和Zn源，硫脲为S源，采用微波化学法及溶胶-凝胶法制备了Fe-S-TiO2、 Co-S-TiO2、Zn-S-TiO2光催化剂，研究了Fe、Co、Zn掺杂浓度、热处理温度对TiO2晶型结构、光谱吸收和光催化性能的影响，结果表明三种过渡金属离子(Fe、Co、Zn)与S共掺杂均抑制了TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变，拓展了TiO2对可见光的吸收范围，有效地抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了TiO2的光催化活性。通过实验得出的最佳优化条件为:60℃水浴，S的掺杂量为S∶Ti=0.14(摩尔比)，Fe、Co、Zn的掺杂量分别为Fe∶Ti=0.02％(摩尔比)，Co∶Ti=0.02％(摩尔比)，Zn∶Ti=0.6％（摩尔比），微波反应压强100PSI，450℃热处理4h。 本文的特色及创新点如下:(1)本论文的研究工作以课题组理论计算为指导，避免了实验的盲目性和重复性;(2)本文研究了Fe、Co、Zn单掺杂、非金属S单掺杂及过渡金属Fe、Co、Zn与S共掺杂对TiO2性能的影响机理，而目前过渡金属Fe、Co、Zn与S共掺杂TiO2研究较少，特别是Zn与S共掺杂TiO2。(3)本文研究发现过渡金属Fe、Co、Zn掺杂后的TiO2样品不但具有显著的光催化活性还具有暗催化特性。