TiO2表面缺陷位不仅可以作为催化反应的活性位点，在异质结构光催化剂体系构建过程中也同样起到至关重要的作用。本文利用TiO2表面氧空位和Ti3+独特的物理化学性质，分别构建了贵金属（Ru、Rh、Pd）/TiO2和半导体（BiOI）/TiO2两种异质结构体系。
　　在贵金属（Ru、Rh、Pd）/TiO2异质结构体系中，采用浸渍法，利用TiO2表面氧空位和Ti3+的还原性质，在TiO2表面沉积上尺寸均一的Ru、Rh、Pd纳米颗粒，复合催化剂性能的提升与贵金属的功函数相对应；采用光还原沉积法，利用TiO2表面缺陷位对光生电荷的捕获能力，在TiO2表面分别沉积上粒径尺寸不同的Ru/Rh/Pd纳米颗粒，大颗粒贵金属由于表面等离子体共振（SPR）效应，拓展光响应范围，小颗粒贵金属由于费米能级较低，扮演电子陷阱的角色，二者分工明确、协同作用，催化性能较浸渍法制得的催化剂得到明显提升。此外，还对双金属和三金属体系的贵金属/TiO2异质结构复合催化剂做了初步探究。
　　在半导体（BiOI）/TiO2异质结构体系中，分别以TiO2纳米带、TiO2纳米片和TiO2微米球为基材与BiOI复合，发现只有TiO2纳米片与BiOI复合后形成了BiOI/Bi/TiO2三元异质结构，表面氧空位和Ti3+在构建三元异质结构的过程中起到了关键作用。通过XRD、TEM、EDX、XPS、NO-TPD、UV-vis、PL等表征手段证实TiO2{001}晶面上的表面氧空位和Ti3+造成Bi-O键断裂，形成的金属Bi落位在BiOI和TiO2之间；通过不同TiO2基材、不同BiOI负载量合成实验、光催化活性实验和自由基捕获实验，提出金属-介导多元异质结构（BiOI/Bi/TiO2）的形成机理和光催化作用机理。原位形成的金属Bi位于半导体接触界面处，促进了光生电子-空穴对的分离，同时通过调节半导体的氧化还原电位，提高了BiOI/Bi/TiO2的氧化还原能力。因此，在光降解RhB实验中，催化活性较原始BiOI、TiO2和BiOI/TiO2二元异质结构得到显著提升。