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单晶Ti02材料在光催化领域得到了广泛的应用,目前研究较多的单晶Ti02材料主要为锐钛矿型且形貌为八面体或十面体结构,研究的晶面主要为(101)面、(001)面和(010)面；同时该类单晶TiO2材料均为紫外光催化剂,不具备可见光光催化活性。针对目前单晶TiO2材料存在的不足,我们以(001)面暴露的单晶TiO2为出发点,从制备方法入手,通过优化制备方法和条件,控制催化剂的结构和形貌,制备新型单晶TiO2光催化材料。研究催化剂的形貌、晶面和孔结构对光催化性能的本质影响；对单晶TiO2光催化材料进行修饰实现可见光化,研究催化剂组分和修饰方法对光催化性能的本质影响；制备高效实用的Ti02光催化材料,解决实际应用中的一些相关问题。本论文的具体内容和主要创新点分为以下四个方面：(001)晶面暴露的有序介孔单晶TiO2采用叔丁醇醇解溶剂热法以TiOSO4为钛源,在模板剂SBA-15或KIT-6的辅助下制备了(001)面暴露的二维或三维有序介孔单晶Ti02材料。以液相醇光催化选择性氧化为探针反应研究了其光催化活性。研究结果表明单晶TiO2材料比多晶TiO2材料显示了更高的光催化活性,这主要归结于单晶TiO2材料具有较高的结晶度有利于光生电子的传递,降低其与空穴的复合；(001)面有利于活化反应物分子促进光催化氧化,同时(001)面的暴露使单晶TiO2材料表面具有较多的氧空位有利于捕获光生电子抑制其与空穴的复合。同时具有有序介孔结构的TiO2材料其活性高于无序介孔结构的材料尤其是三维有序结构TiO2材料,这主要是由于有序孔结构可以对光实现多次反射提高光的利用率,同时有序孔结构利于反应物分子的吸附与扩散。二、(001)晶面暴露的层状单晶TiO2通过苯甲醇醇解溶剂热法以TiF4为钛源,首次制备了(001)面暴露的层状结构单晶TiO2,其(001)面暴露率高达90%。通过优化合成条件揭示了层状结构的形成机理,其形成过程由苯甲醇分子键合在(001)面暴露的TiO2纳米片上,苯甲醇分子之间的π-π键驱使Ti02纳米片进行自组装而形成层状结构,F离子作为晶面稳定剂吸附在Ti02纳米片使其暴露(001)面。同时该体系还可以制备由Ti02纳米晶定向生长形成的光子晶体薄膜,该薄膜有明显的色彩和表面等离子体共振吸收边。该层状结构单晶Ti02在醇光催化选择性氧化中体现了较好的催化性能,这主要归根于较大的比表面积、较高的(001)面暴露率和独特的层状结构。三、CdS量子点修饰(001)晶面暴露的介孔单晶Ti02通过离子交换法制备了CdS量子点修饰的(001)面暴露的介孔单晶Ti02可见光催化剂,并以苯甲醇可见光光催化选择性氧化为探针反应详细研究了CdS的修饰量与修饰方法对光催化活性的影响。研究表明CdS高度分散且富集于Ti02表面,其修饰有利于可见光吸收：其活性高于未修饰的Ti02,这主要归结于CdS修饰增强了敏化提高了光的吸收能力。同时离子交换法制备催化剂的活性高于直接沉淀法或物理混合法制备的催化剂,这主要归结于该催化剂表面的CdS粒子尺寸更小更分散,与催化剂的结合力更强,形成更多异质结有利于光生电子的传递,降低其与空穴的复合。同时通过添加不同的捕获剂,详细研究了苯甲醇光催化选择性氧化的主要活性物种并提出了相应的机理。四、Ti3+修饰(001)晶面暴露的片状单晶Ti02采用超临界醇解溶剂热法以TiF4和钛酸四正丁酯为钛源,制备了Ti3+原位掺杂的(001)面暴露的单晶TiO2纳米片可见光催化剂,该催化剂在污染物降解同步光解水产氢过程中显示了较高的催化活性。这主要归结于Ti3+原位掺杂使其形成中间能级,降低了催化剂的能带提高了光吸收能力；(001)面暴露增加了催化剂表面的氧空位,有利于捕获光生电子抑制其与空穴的复合；催化剂具有较高的结晶度有利于传递光生电子；催化剂的高比表面积提高了反应物分子的吸附与扩散。同时研究表明染料降解可促进光解水产氢,这是因为光催化降解染料消耗光生空穴抑制了其与电子的复合。