二氧化钛纳米结构，以其独特的结构，优异的光学和电学性能、低成本、高稳定性等特点，在传感器、光解水、染料敏化太阳能电池等方面受到人们的广泛重视。为了提高二氧化钛的性能，目前研究工作主要集中在对材料结构制备方法的探索，以获得合适的结构，同时对获得的不同结构进行应用探索。本论文工作也是从二氧化钛纳米结构制备出发，以期望在其应用方面有所突破。主要得到如下结论：　　 采用阳极氧化方法，通过在电解液中加入钼酸根来调节溶液中离子浓度的方法，制备出透明二氧化钛纳米管阵列薄膜。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜结构表征所制备纳米管阵列薄膜的形态结构。通过将制备的样品在120℃水热处理，实现了制备大片结晶性良好并保持完整的二氧化钛纳米管阵列薄膜。　　 探索了以导电陶瓷Ti3SiC2替代金属Ti作为阳极，进行阳极氧化，制备出了以多孔二氧化钛为表面、Ti3SiC2为基体的复合纳米结构。发现随着氧化时间增加多孔结构变化过程。实验表明多孔结构的形成是由于氟离子对氧化过程生成的二氧化钛的不断腐蚀造成。对所制备的样品在氨气下进行热处理后，可对样品进行有效掺氮。通过场发射测试，表明掺氮样品具有明显的场发射性能。　　 将制备的二氧化钛纳米结构用于染料敏化太阳能电池，实现光电转化，开路电压可以达到0.51V；二氧化钛纳米结构与石墨烯复合用于锂离子电池负极具有高容量和高循环稳定性，实验表明60％(wt)二氧化钛纳米管与40％(wt)石墨烯复合的负极性能最优越，经过20次循环，容量仍可在400mAh/g以上。