工業化的迅速發展使得通過光催化降解有害物質來凈化水體的過程受到了越來越多的關注。各種有毒污染物被排放到水體中，對社會構成了威脅。近幾十年來，人們一直在致力于開發高效的納米光催化劑用于水凈化 [1]。光催化劑在水中和紫外光或可見光的作用下能夠生成強氧化劑，通常是基于金屬氧化物的半導體。其中，TiO2 已被證明是降解有機分子（如亞甲藍和水楊酸磺酸鹽）的潛在材料 [2,3]。TiO2 具有無毒、低成本、強氧化還原能力、良好的耐腐蝕性和優異的穩定性，因此成為一個有前景的候選材料。然而，其較大的帶隙（約 3.2 eV）限制了其實際應用 [4,5]。TiO2 有三種相：銳鈦礦、金紅石和 Brookite。其中，銳鈦礦因其較小的顆粒尺寸和較低的電子-空穴復合率而被廣泛用作光催化劑。盡管金紅石是熱力學上最穩定的相，但在某些條件下，銳鈦礦和 Brookite 可以轉化為金紅石 [6,7]。Liu 等人 [8] 和 Kawahara 等人 [9] 報告了多種方法來制備混合相的金紅石/銳鈦礦納米結構，這些結構的光催化活性優于純相。
為了提高 TiO2 的效率，人們采取了多種策略，包括使用金屬 [10,11] 和非金屬 [12, [13], [14], [15], [16] 作為摻雜劑，以及用貴金屬 [17,18] 進行沉積，并制備與半導體 [19,20] 的復合材料。銳鈦礦和金紅石相的結合通常能提高對各種有機污染物的光催化效率。這種效率的提升歸因于光激發時電子從金紅石相向銳鈦礦相的遷移 [21, [22], [23]]。商業上常用的 Degussa P25-TiO2 由于其高光催化活性而成為基準材料。
盡管 TiO
2 對紫外線敏感，限制了其作為光催化劑的應用，但表面改性劑如 SnO
2、Al
2O
3、ZnO、SiNT 和 WO
3 被用來增強其光譜響應和光催化活性 [24, [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31]]。納米技術和納米材料在能源存儲、固態照明、顯示系統、白光 LED、環境和生物應用等多個領域得到廣泛應用 [32, [33], [34], [35], [36], [37]]。納米材料由于其穩定性、晶體結構、化學組成、形狀、尺寸和表面積而具有獨特的特性，使其在光電、光反應和光伏應用中至關重要 [38, [39], [40], [41]]。
采用溶膠-凝膠技術等方法合成納米粒子，可以在低溫下更好地控制材料的體相和表面特性 [42,43]。碳納米管（CNTs）和 TiO2 納米管（TNTs）在能源存儲、光催化系統、氣體和 pH 傳感器以及環境分析系統等應用中具有重要意義。TiO2 和氧化鐵（赤鐵礦，α-Fe2O3）常被用于構建光陽極，將這兩種材料結合成復合材料可以改善光電流和電荷分離性能。
本工作的創新之處在于系統地研究了煅燒參數（溫度和持續時間）與通過溶膠-凝膠法合成的 TiO2 基復合材料的相演變、表面形態和光催化性能之間的關系。與以往僅關注摻雜劑效應或單相優化的研究不同，本研究建立了熱處理條件與含有 Al2O3、WO3、CNT 和 SiNT 的復合材料的協同形成之間的直接關系。通過對晶體相變、帶隙調節和比表面積的綜合分析，全面了解了這些因素如何共同影響光催化降解效率。優化后的銳鈦礦/金紅石納米復合材料表現出優于商業 Degussa P25-TiO2 的活性，強調了控制煅燒過程和復合材料工程在提高廢水凈化光催化性能方面的重要性。
