水环境保护及其可持续利用是实现经济社会可持续发展的重要保证。然而,水污染因范围广、污染源多、污染物稳定而耗资耗时。光催化技术因成本低、环保而被广泛用于水污染处理。TiO₂半导体因无毒、廉价和稳定性高成为目前最有前景的光催化剂之一。然而,大带隙（Eg=3.0³.2 eV）和较高的光生电子–空穴复合率导致TiO₂较低的光催化活性。为提高TiO₂光催化性能,本文分别采用Fe₂O₃负载和Ti³⁺自掺杂改性TiO₂纳米管阵列,缩小其禁带宽度,降低其光生电子–空穴复合率。主要内容如下:（1）Fe₂O₃负载TiO₂纳米管阵列:以钛丝为基底,先用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管阵列（TiO₂NTs）,然后结合电化学沉积和阳极氧化法,制备出Fe₂O₃负载的TiO₂纳米管阵列（Fe₂O₃/TiO₂NTs）,并探究了不同Fe₂O₃负载量对TiO₂NTs性能的影响。X射线光电子能谱（XPS）结果表明Fe₂O₃/TiO₂NTs比TiO₂NTs的Ti–O键结合能更小。光电流和漫反射结果表明Fe₂O₃/TiO₂NTs比TiO₂NTs光生载流子迁移速率更快和可见光吸收更强。Fe₂O₃/TiO₂NTs比TiO₂NTs的光催化活性更高,比TiO₂NTs对对硝基苯酚的降解率高45%。连续5次使用Fe₂O₃/TiO₂NTs降解对硝基苯酚,降解率只降低2.9%。此外,利用高效液相色谱技术分析了对硝基苯酚的降解产物和降解路径。该工作的主要意义在于通过快速、绿色的电化学方法可控地制备了一种高效稳定的光催化剂,为设计高效负载型TiO₂基光催化剂提供新思路。（2）Ti³⁺自掺杂TiO₂纳米管阵列:以钛网为基底,通过阳极氧化法制备出TiO₂纳米管阵列（TNTs）,利用阴极还原法制备出Ti³⁺自掺杂的TiO₂纳米管阵列（TNTs（X）,X为还原电压值）,探究了不同还原电压下制备的TNTs（X）的性能。XPS结果表明Ti³⁺浓度随还原电压的增大而增加。漫反射结果表明Ti³⁺的掺杂增强了可见光吸收性能,带隙也因杂质能级的引入明显缩小。瞬态荧光结果表明Ti³⁺的引入明显延长了光生电子的寿命。光催化降解氯霉素实验表明TNTs（X）比P25和TNTs光催化活性更高,对氯霉素的降解率是P25的1.6倍,比TNTs提高21.9%。5次循环实验结束后,对氯霉素的降解率只降低3%。此外,利用液质联用（HLPC–MS）技术分析了氯霉素的降解产物和降解路径。该工作的主要意义在于采用简单的电化学还原法制备了Ti³⁺自掺杂改性的TiO₂纳米管阵列,光催化活性高,性能稳定,为自掺杂型催化剂的发展提供了一种巧妙的思路。