新能源的发展已经成为国家我国经济可持续发展地主要研究对象之一,通常新能源的利用主要是将其转化为电能进行储存,其中具有安全地锂化电位、比容量较高、循环性能好、倍率性能良好等特点的TiO₂储能材料成为研究得主要方向之一。然而,TiO₂电子导电性能差和锂离子扩散系数低,将会限制其在锂离子电池中的应用。研究表明,在制备TiO₂中引入氧空位等缺陷,可以显著地降低TiO₂锂离子电池的电阻,提高其电子和离子扩散系数。但是到目前为止,氧空位对介孔TiO₂纳米空心球的作用规律依旧不明显,且较多研究只关注于介孔TiO₂纳米空心球的光电性能,对含有氧空位的介孔TiO₂纳米空心球的在锂电中的应用及研究缺乏系统性,严重制约了锂电负极材料性能的提升和开发应用。因此,在本研究中以含有氧空位的介孔TiO₂纳米空心球作为研究对象,首先建立得含有氧空位的多晶型的TiO₂,基于吸附能量、电子态密度、功函数,分析了氧空位对不同晶型TiO₂储Li⁺性能和表面电子结构的影响,并探讨了不同氧空位浓度对锐钛矿型TiO₂的载流子浓度的影响,从而从理论上厘清氧空位对TiO₂表面电子结构及Li⁺扩散得影响。在此基础上,通过不同温度贫氧气氛烧结的得到具有不同氧空位浓度的介孔TiO₂纳米空心球,并检测了不同氧空位浓度含量的介孔TiO₂纳米空心球所具备得电化学性能。之后,为了能让氧空位长时间稳定地存在于介孔TiO₂纳米空心球之上,对其进行了不同浓度的Cu²⁺掺杂,揭示了Cu²⁺与氧空位的电化学协同作用。得到以下几点结论:（1）基于第一性原理计算显示,同等条件下的锐钛矿TiO₂表面更容易形成氧空位。在电化学循环的过程中,适量地氧空位能够使锐钛矿TiO₂降低其Li⁺的传输壁垒和电子空穴距离,最大的提高其中载流子浓度,使其电子/离子电导率得到提高。（2）为了验证本研究获得的氧空位对锐钛矿TiO₂的电化学性能的影响,本文首先通过不同的烧结温度制备了具有不同氧空位浓度的介孔TiO₂纳米空心球。通过不同的烧结温度能够使介孔TiO₂纳米空心球的表面生成不同浓度的氧空位,其氧空位浓度随着烧结温度地增加而提升。通过电化学性能表征可以发现,Ti³⁺/Ti⁴⁺摩尔比达到0.348时,样品展示了良好的电化学协同性,放电比容量和电导性能得到较大的提升,适量地氧空位浓度加了介孔TiO₂纳米空心球锂离子和电子扩散通道,较大幅度地降低了锐钛矿型TiO₂的带隙值和Li⁺扩散能垒,最大限度的提升了介孔TiO₂纳米空心球的离子电导率和电子电导率。（3）为了能够使得介孔TiO₂纳米空心球的表面氧空位稳定存在,本研究还通过Cu²⁺掺杂进介孔TiO₂纳米空心球表面。物相检测结果显示,Cu²⁺在掺杂TiO₂中后将替换八面体间隙高价态的Ti⁴⁺,为了保证电荷平衡,将会在介孔TiO₂纳米空心球表面生成氧空穴。通过电化学性能表征可以发现,Cu²⁺在掺杂进介孔TiO₂纳米空心球的表面之后扩展了TiO₂的晶格的体积,从而为Li⁺的扩散提供了更宽阔的扩散路劲,降低了其扩散势垒,对应的介孔TiO₂纳米空心球表面电化学活性也得到提高。并且,氧空位的存在也能使其电化学性能得到提升。