半导体二氧化钛（TiO₂）作为重要的钛化合物因其具有无毒、化学稳定、晶型可控、适合的禁带宽度等特点,成为解决能源危机和环境污染问题最具潜力的半导体光催化材料之一。然而,地球表面的太阳能中仅有4%左右的紫外光,为了充分利用太阳能,对具有较宽带隙的TiO₂的改性研究变得越来越迫切。在纳米TiO₂光催化剂的各种制备方法中,四氯化钛醇体系（TiCl₄/醇体系）已经被广泛的使用,然而,研究人员只关注了其制备得到的TiO₂的组成、结构及形貌的特点,却忽视了体系中的反应过程。本论文针对这一问题展开了深入的研究,发现了 TiCl₄/醇体系中的固氮行为,并制备得到了氟氧钛酸铵晶体。通过对其固氮机理的研究,得出了 TiCl₄/醇体系能够实现无机-有机同步的绿色合成反应,参与反应的醇转化得到酮、醚和卤代烃。进一步对制备得到的无机氟氧钛酸铵晶体进行热分解处理,制备得到了 N掺杂的锐钛矿TiO₂纳米片;并从生成的混合有机产物中成功合成出了新型的混合卤代钛（Ⅲ,Ⅳ）化合物单晶。最后,对TiCl₄/醇体系在纳米TiO₂光催化剂的制备及其性能方面进行了研究。全文主要研究内容如下:1)论文第一部分为引言绪论部分,简要概述了 TiO₂的研究意义、最新的研究进展和制备方法,以及目前研究存在的不足。着重阐述了本论文的选题依据和研究重点。2)第二章主要介绍了全文所选用的实验仪器及表征设备。3)第三章主要论述了基于TiCl₄/醇体系中的固氮行为制备氟氧钛酸铵晶体的新发现。以异丙醇作为溶剂,在氢氟酸存在下,在不同的反应条件下,制备得到了非化学计量的氟氧钛酸铵（（NH4）0.3TiO1.1F2.1）晶体。通过同位素氮气的标定实验,并结合相关的表征分析和理论计算,证明了 TiCl₄能够吸附溶解的氮气并在醇溶剂中醇解形成稳定的钛基配合物,在氢氟酸存在下,实现了TiCl₄/醇体系中的固氮反应。同时,选择不同的醇溶剂替代异丙醇,均能实现了 TiCl₄的固氮并转化得到氟氧钛酸铵晶体。4)第四章主要研究了 TiCl₄/醇体系中的固氮行为反应机理。基于TiCl₄在异丙醇体系中能够实现液相固氮制备得到无机氟氧钛酸铵晶体的事实,通过同位素气体氮气（15N2）的标定和一系列空白实验,对反应得到的无机和有机产物进行NMR、GC-MS和XRD表征分析。结果表明,TiCl₄/醇体系中的固氮行为不但实现无机氟氧钛酸铵晶体的制备,还同步实现了有机醇溶剂的催化氧化、醚化及卤化。并提出了一个可能性的、合理的质子化机理,即氮氮三键的键能被削弱形成氮氮双键,并在质子化作用下最终实现氮氮键断裂形成氨或铵盐;同时,体系中自由烷基或烷氧基发生发生重组生成醚和氯代烃。5)第五章主要阐述了 TiCl₄/醇体系发生固氮反应后的混合液相产物能够被进一步应用于制备混合混合卤代钛（Ⅲ,Ⅳ）化合物（Ti2F6Cl）单晶。经过数月的恒温培养,制备得到的单晶经XRD表征分析,结果表明该Ti2F6Cl单晶为正交晶系Pnma结构,晶胞大小 a=9.314（4）,b=5.493（2）,c=9.762（4）A,Z=4,晶胞的体积大小 V= 499.4（3）A3。[Ti2F6]+单元为多面体构型,并具有3D网状结构。[Ti2F6]+的存在从而解释了 TiCl₄固氮转化率低的原因。6)第六章主要介绍了 N掺杂的锐钛矿Ti02纳米片的前驱体氟氧钛酸铵晶体的应用。通过在不同气氛下的热分解处理,氟氧钛酸铵晶体能够最终转化成不同氮掺杂含量的N掺杂改性TiO₂纳米片。由于氩气气氛中制备得到的改性TiO₂材料具有有序的片层结构和高的氮掺杂含量,及其高的结晶性、大的比表面积和快速的空间电荷分离,制备得到的N掺杂的锐钛矿TiO₂纳米片表现出了良好的可见光催化活性及电化学性能。7)第七章主要论述了 TiCl₄醇体系在表面活性剂PVP的作用下,能够形成具有特殊活性晶面暴露的纳米片自组装的单分散花瓣状TiO₂微球,其能够被进一步用作催化剂的基底,制备得到了单分散的量子尺寸BiVO4纳米管表面修饰的花瓣状TiO₂（BiVO4@TiO₂）复合光催化剂。通过光催化性能对比,结果表明,两步法制备得到的单分散的BiVO4@TiO₂复合光催化剂相比一步法制备得到的复合光催化剂具有较好的光催化裂解水和降解有机污染物的性能。这主要归因于复合光催化剂的光生电子-空穴对的有效分离及TiO₂暴露的活性晶面。8)第八章进一步对TiCl₄/醇体系形成的钛基配合物（TiO₂前驱体）进行应用,通过将其与BiVO4前驱体进行混合,在水热条件下,一锅法制备得到了一系列具有{001}晶面暴露的空心Bi掺杂锐钛矿TiO₂薄片。通过控制不同的BiVO4前驱体的浓度实现了不同Bi掺杂量的空心TiO₂光催化剂的制备和形貌控制。对制备得到的样品在可见光条件下进行光催化降解不同有机染料（亚甲基蓝,甲基橙,罗丹明B及对硝基苯胺）。结果表明:Bi掺杂量达0.8 at%的改性TiO₂表现出最佳的性能,尤其在降解对硝基苯胺溶液中具有较好的性能。这一结果可以归咎于Bi掺杂产生的光诱导的电荷分离和转移,以及由于空心结构形貌降低了电荷载流子的重组。将Bi阳离子掺杂、活性晶面暴露和空心结构结合,从而为新型半导体纳米结构材料的设计提供了思路。