TiO₂在自然界中存在三种结构:板钛矿、锐钛矿和金红石。锐钛矿和板钛矿在高温下会不可逆地转变为金红石结构;板钛矿和锐钛矿在一定条件下也会互相转化。板钛矿相二氧化钛具有良好的光催化性能,但是关于板钛矿相TiO₂的生长机理和相变过程少有报道。研究晶体生长的微观机理可为板钛矿TiO₂的可控生长提供理论指导;加之,结构相变是TiO₂晶体生长的主要动力,有助于理解混晶TiO₂的光学性能。所以,本文将以反应时间、烧结温度为变量,利用水热法制备一系列的二氧化钛,并在高温下煅烧。利用X射线衍和基于电子衍射的原子对分布函数研究水热过程中二氧化钛板钛矿相的形成机理、锐钛矿-板钛矿-金红石相之间的相变过程,以及在相变过程中的光学性能。主要归纳如下:（1）以反应时间为变量,研究水热反应过程中板钛矿相TiO₂的形成机理。原子对分布函数表明,在水热反应3个小时后就已出现少量TiO6八面体,并以Ti-Ti键共边的方式堆垛形成板钛矿相TiO₂前驱体。随着水热反应的进行,TiO₂前驱体将逐渐转变为锐钛矿相,而后转变为板钛矿相。（2）以烧结温度为变量,研究板钛矿相TiO₂在煅烧过程中的结构相变过程。水热反应中产生的板钛矿在750℃左右开始转变为锐钛矿相,同时出现少量Na2Ti6O13相。当温度高于850℃时逐渐转变为金红石相。（3）紫外-可见吸收光谱表明,水热反应过程中,混晶相TiO₂的吸收波长的范围为200-400nm,禁带宽度为3.0-3.3eV。煅烧温度800℃以后,TiO₂在可见光范围的吸光度随着温度升高而提高。950℃烧结的TiO₂其禁带宽度约为1.6eV,这很可能与Na2Ti6O13相的形成有关。（4）拉曼散射实验表明,随着水热反应时间的延长,板钛矿的特征峰322cm-1和366cm-1不断增强,说明锐钛矿逐渐相变为板钛矿。随着煅烧温度的提高板钛矿的特征峰322cm-1和366 cm-1逐渐减弱,说明板钛矿的相含量逐渐的减少。（5）光催化实验结果表明,板钛矿相TiO₂的的相含量越高,光降解效果越好。