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半导体光催化技术能够将太阳能转化为化学能储存在太阳燃料中,被视为化解当今能源与环境危机的有效途径,近年来备受关注。光催化反应中光生载流子的产生与分离过程是承接光吸收与表面催化反应的关键步骤,该过程往往发生在飞秒至纳秒的时间尺度。因此须利用具有时间分辨技术手段才能揭示其中的奥秘。文本以典型的二氧化钛基光催化材料为主要研究对象,以时间分辨超快光谱技术为研究工具,探讨了半导体催化剂中的缺陷对光生载流子的影响。主要完成了以下工作:（一）利用纳秒时间分辨的激发能量扫描-瞬态红外吸收光谱技术与飞秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱技术研究了一种非金属硼掺杂的锐钛矿二氧化钛微米球粉末样品。该样品的光催化特性表现为,表面不含硼的样品的光解水性能为产氢效果良好但产氧效果不佳;但当其表面有硼掺杂时,光解水性能却变为产氧效果良好但产氢不佳。为了揭示表面硼掺杂前后二氧化钛微米球催化性能改变的原因,我们从缺陷态能级分布的变化及其对光生载流子的动力学的影响的角度展开研究。纳秒时间分辨光谱的研究发现,表面的硼掺杂可以有效地消除原先位于价带上方的缺陷态。因此,在价带中产生的光生空穴可以自由地迁移到催化剂表面,进而在光解水反应中提升氧气的产量。但是,在通过飞秒时间分辨光谱研究光生电子时发现,表面掺杂的硼物种也成为了光生电子的复合中心。此外,表面的硼物种能够阻止光生电子向表面助催化剂铂的转移过程。以上两点造成了表面掺硼的二氧化钛样品在光解水时产氢效果不佳。（二）利用飞秒时间分辨的瞬态红外吸收-扫描激发光谱技术研究了真空退火还原法制备出的还原态金红石二氧化钛（110）面单晶中过量电子光激发后的动力学特性。通过拉曼光谱、X射线吸收光谱等技术手段确认了真空退火还原态金红石二氧化钛（110）面单晶中的过量电子的存在,并利用飞秒时间分辨的瞬态红外吸收-扫描激发光谱技术就其中过量电子的分布和相关动力学进行表征和研究。借助于扫描激发光谱特性,发现了其中的三类跃迁:1)紫外激发下的价带电子向导带的跃迁;2)可见及近红外光激发下的带隙中束缚电子从EFs(EFs为束缚电子费米能级)向导带下方的未占据态的跃迁;3)中红外激发下的带隙中的极化子跃迁。此外,我们的方法还根据不同的激发波长给出了带隙中缺陷态中间能级的位置。本论文的工作细致研究了二氧化钛基光催化剂中缺陷对光生载流子的影响,同时加深了对于半导体材料体系中电子结构的理解和认知,可为日后设计和开发新型高效的光催化材料提供有益的指导。