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氢能作为清洁新能源应用前景广阔,太阳光光解水产氢是氢能来源之一,具有十分重要的意义。近年来TiO2纳米棒阵列由于其独特的结构与性能在光催化制氢方面得到广泛关注,但由于TiO2能带隙较大,光催化效率不高,对其进行改性以提高光催化效率一直是研究的重要方向之一。本文围绕TiO2纳米棒阵列结构改性开展工作,主要研究内容与结论如下:1.采用水热法制备出TiO2纳米棒阵列,对其进行氢化处理得到氢化的TiO2纳米棒阵列（H-TNRs）,考察了纳米棒长度对H-TNRs样品的光催化活性的影响。研究发现,随着水热时间延长,得到的H-TNRs样品的纳米棒排列更加紧密、阵列更明显,其平均当量宽度逐渐增大,长度逐渐增长;H-TNRs样品为金红石晶型,且纳米棒朝着（001）方向生长;水热时间9 h的样品（H-TNRs-9 h）的光电催化活性最好。将此样品用于薄层池中进行光电化学氧化有机物,发现光催化反应过程中产生的净电量与有机物的化学需氧量（COD）在一定范围内（0288 mg·L-1）具有良好的相关性,据此设计了利用可见光的光电化学COD传感器,测试表明,光电化学法得到的COD与重铬酸盐法测得的标准COD结果相吻合,该方法操作简单快速和经济有效。2.通过调整氢化和分枝处理顺序,设计并成功制备了先氢化再分枝的TiO2纳米棒阵列（B/H-TNRs）和先分支再氢化的TiO2纳米棒阵列（H-BTNRs）材料。结构表征发现,B/H-TNRs材料的TiO2分枝表面不存在无序层,而H-BTNRs的分枝上存在1.8 nm左右的无序层结构;二种材料都含有Ti3+,但B/H-TNRs样品中的含量低于H-BTNRs;氢化处理提高了材料对紫外区及可见光区的太阳光的吸收;水热分枝时间对B/H-TNRs材料结构与性能有明显影响,水热分枝1 h的样品的光催化活性最好。在模拟太阳光下,B/H-TNRs的光电流和光催化产氢速率分别是H-BTNRs的1.6和2.4倍,结构表征和机理分析表明,氢化TiO2纳米棒与未氢化的TiO2纳米分枝之间形成异质结构,促进了光生载流子分离,使其光催化活性大大提高。3.采用水热法成功制备了锐钛矿-金红石TiO2异相结分枝纳米棒阵列（ATNRs）,并与金红石-金红石TiO2分枝纳米棒阵列（BTNRs）进行了结构和光电催化性能的比较,结果发现ATNRs和BTNRs均是三维结构,ATNRs样品表面的分枝像荆棘,长约50 nm;BTNRs样品表面的分枝像针状,长度约为80 nm。光谱分析表明ATNRs和BTNRs样品的光吸收明显高于TNRs,荧光光谱表明ATNRs的荧光强度比BTNRs有所降低,即ATNRs的光生电子-空穴复合得到改善;在模拟太阳光下二种材料均具有好的光电稳定性,在0.23 V偏压下,ATNRs的光电流为3.18 mA·cm-2,光电催化分解水产氢速率为45.78μmol·cm-2·h-1,均是BTNRs的2倍,表明锐钛矿与金红石间的异相结构提高了TiO2的光电催化活性。通过光电化学分析也发现ATNRs样品的固定电阻远低于BTNRs样品,表明ATNRs样品具有更有效的光生载流子分离能力,导致更高的光电转换效率。