Cùng với sự phát triển nhanh của nền công nghiệp trên toàn cầu, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng [9]. Nước thải của các ngành công nghiệp ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường sống của con người. Các hệ sinh thái bị mất cân bằng do ảnh hưởng của hóa chất. Một số hóa chất như thuốc nhuộm chứa vòng bezen, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu hiện diện trong các sông hồ là một trong các nguyên nhân làm thay đổi nội tiết của con người [1]. Vì vậy, việc tìm ra các biện pháp xử lý ô nhiễm nguồn nước là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Bằng các phương pháp truyền thống, các chất hữu cơ trong nước thải chỉ được gom lại và sinh ra một lượng nước thải thứ cấp [71]. Việc sử dụng các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng để thúc đẩy quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ thông qua hiệu ứng quang xúc tác có nhiều ưu điểm như đơn giản, chi phí thấp, bền về mặt hóa học và sản phẩm cuối cùng của chuỗi phản ứng là những chất không độc hại như CO2, H2O [50]. Vì vậy, phương pháp sử dụng vật liệu quang xúc tác để xử lý ô nhiễm môi trường nước là một giải pháp triệt để và thân thiện với môi trường. Trong những thập kỷ qua, vật liệu nano TiO2 với tác dụng của hiệu ứng quang xúc tác đã thu hút được nhiều sự quan tâm, nghiên cứu của các nhà khoa học [26]. Tuy nhiên vật liệu TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn (khoảng 3,2 eV), nó chỉ có hiệu ứng quang xúc tác khi nhận các bức xạ tử ngoại. Trong khi các bức xạ tử ngoại chỉ chiếm 5% năng lượng mặt trời chiếu đến trái đất [62]. Gần đây, một số nghiên cứu tập trung vào việc pha kim loại hoặc phi kim vào TiO2, với mục đích làm dịch bờ hấp thụ của vật liệu về vùng ánh sáng khả kiến. Tuy nhiên, cấu trúc của vật liệu TiO2 được pha các tạp chất không ổn định [80]. Ngoài ra, sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống cũng tăng khi có tạp chất tham gia vào mạng tinh thể TiO2 [91]. Đây là một trở ngại lớn trong việc ứng dụng vật liệu TiO2 vào lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường.