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随着经济社会的高速发展,能源匮乏和环境污染等问题日益凸显。人类亟需寻求到高效、可持续的清洁能源。太阳能作为此类能源的代表,多年来被科研工作者广泛研究。太阳能光热利用技术通过光热转换材料将太阳能转换为热能,进而用于海水淡化、离网灭菌和蒸汽发电等。但是传统的光热利用技术受制于需加热整个液体而造成了热能浪费和低效率。局域化太阳能蒸汽转换作为一种新型光热转换机制,通过对光热纳米材料的结构设计及光学、热学的有效调控,将太阳能充分吸收并转化为蒸汽能,是一种极具前景的高效光热转换方法。而这项光热利用技术的瓶颈在于设计制备出稳定高效的光热转换材料。本论文以硼氢化钠（NaBH4）高温还原制备的黑色二氧化钛（BT）作为基体材料,通过形貌设计和复合制备出新颖的、吸光优异的宏观纳米复合材料为切入点,系统深入地探究了几种不同的BT纳米复合材料的吸光性能、光热转化能力及太阳能蒸汽化能力。主要工作如下:1.黑色二氧化钛/氧化石墨烯（GO）纳米复合材料薄膜（BTGO）的制备及其光热转换性能研究:利用NaBH4高温还原锐钛矿二氧化钛（Ti O2）制备BT,再通过化学交联和真空抽滤的方法将其与优异的光热转换材料GO复合制备BTGO,引入氧空位和表面无序的BT与GO协同作用致使复合材料薄膜在全光谱（200-2500 nm）实现了近85%的光吸收。将BTGO与“二维（2D）水通道结构”（无尘纸包裹聚乙烯（PE）泡沫）相结合应用于太阳能蒸汽化,该系统具有理想太阳能蒸汽产生装置所需的几个重要标准:宽光谱吸收、充足的水供应、有效的热管理和可供蒸汽流动的多孔结构。在一个光照强度下(1 k W m-2),BTGO实现了69.1%的太阳能蒸汽化效率,其蒸发效率是相同条件下纯水蒸发的8.4倍。14次循环稳定性测试表明BTGO具有高效稳定性。这种BTGO复合材料薄膜制法简易、成本低廉、稳定高效的优点,使其在大规模太阳能蒸汽产生、离网灭菌和海水淡化等实践应用上有着巨大潜力。2.仿蛾眼纳米结构的黑色二氧化钛纳米复合材料（BTCC）的制备及其光热转换性能研究:运用水热法在碳布上生长仿蛾眼纳米结构的Ti O2纳米棒阵列,然后通过NaBH4热还原制备为BTCC。仿蛾眼的光学设计及氧空位、表面无序的引入使其实现了在全光谱96%的光吸收。BTCC通过太阳能蒸汽化和光催化降解用于洁净水的产生。在太阳能蒸汽产生系统中,我们将BTCC与“2D水通道结构”相结合,在光照强度为1 k W m-2时,太阳能蒸汽化效率高达94%,蒸汽化速率达到1.515 kg m-2 h-1。另外,我们分别在自然光下进行了海水淡化和蒸汽收集实验。离子浓度的显著变化和1.125 g的蒸汽收集表明BTCC在实际条件下应用于太阳能驱动洁净水生成上拥有巨大潜力。在光催化降解罗丹明B（Rh B）实验中,在1 k W m-2的太阳光照射100 min后,95%的Rh B被降解。这充分证明了BTCC不仅具有显著的太阳能蒸汽产生特性,而且还具有优异的光催化性能。BTCC的高效双功能应用突破了以往净水材料单一应用的局限性,为开发高效实用的水净化材料开辟了新的方向。