TiO₂作为半导体具有比较高的催化性能,但在可见光领域,TiO₂却应用较少,通过元素掺杂可使材料在可见光下具有光催化性能。本论文采用水热法,在ITO玻璃基板上制备了TiO₂纳米棒,并且探究了各种实验条件对纳米棒晶型,形貌,光催化性能和亲水性能的影响。并进一步以氨水为氮源对已经制备好的TiO₂纳米棒进行了氮掺杂实验,同样探究了氨水的添加量和反应温度对掺杂氮元素含量的影响。并且对比了掺杂前后样品光催化性能和亲水性能的差异。采用XRD、SEM、TEM、UV-VIS和XPS等技术手段对制备样品进行了表征和测试。本课题研究结果表明:在ITO玻璃基板上通过一步水热法成功的制备出了高密度单晶的金红石相TiO₂纳米棒。纳米棒的直径在90nm,长度为2μm。纳米棒沿着（101）晶面生长。研究了不同反应参数对TiO₂纳米棒晶相及形貌的影响。随着TiCl₄添加量的增大,反应物原料增多,促使反应进行,生成越来越多的二氧化钛晶体,当TiCl₄添加量为0.2ml时,纳米棒的长度和直径为90nm和2μm。当TiCl₄添加量超过0.2ml时,TiCl₄水解产生的氢离子增多会抑制反应TiOH³⁺→TiO²⁺+H⁺和TiO²⁺+H₂O→TiO₂+2H⁺的进行。因此纳米棒的生长变缓。当反应时间的增加,纳米棒有充分的时间进行成核和生长。但是当反应时间超过7h时,浓盐酸对样品具有腐蚀性,因此纳米棒一边生长一边被腐蚀,因此纳米棒的长度先是逐渐增大,随后减小。因此最佳的反应时间为7h。随着盐酸浓度的增大,盐酸对TiCl₄的抑制作用逐渐增大,前期对纳米棒的生长有益,当盐酸浓度为6mol/L时,纳米棒基本发育完整。但是随着盐酸浓度超过6mol/L时,盐酸电解产生的氢离子对TiCl₄水解的后两步产生抑制作用,而真正能够沉积下来并形成纳米棒的TiO₂晶核也随之减少。随着反应温度的增加,所提供的热量也随之增加,原子活性增加,更有利于TiO₂纳米棒的生长和结晶。但是过多的能量会使得纳米棒的直径过大,并且会覆盖掉原本规整的纳米棒形貌。因此过高的温度不利于纳米棒的形成,最佳反应温度为160℃。随着退火温度的增加,纳米棒的结晶度更高,晶粒会更大,所以当退火温度升高时,纳米棒的平均直径一直在增加。而当退火温度持续增大时,会使得纳米棒的直径持续增加,纳米棒之间相互挤压,无数纳米棒之间相互连接形成层次不齐的块状结构,纳米棒的形貌完全遭到破坏。因此最佳的退火温度为450℃。对所制备的样品进行了光催化性能测试和亲水性能测试,在光催化实验中,酸性大红作为模拟降解物在高压汞灯下,吸光度的数值会发生变化。所制备样品对酸性大红降解率最高可达到72.1%。亲水性能的检测为样品与水滴在紫外灯下进行接触角度的大小来评判,水滴与样品光学接触角最小为9.8°。对之前在最佳反应条件下制备纳米棒进行了氮元素的掺杂实验。探究了氨水含量和反应温度对氮掺杂含量和掺杂之后的性能的影响。当氨水加入量比较少的时候,氨水产生的氨气无法遍布整个聚四氟乙烯内衬,掺杂的氮元素会随着氨水含量的增大而增大。当氨水含量超过15ml时,整个反应空间的氨气已经达到饱和。在样品表面,N元素取代一部分的O元素与Ti元素共同形成O-Ti-N键,而内部的O原子无法与氨气接触,因此氮含量的增长趋于平缓。随着反应温度的增加,同样体系对反应提供越来越多的热量,因此驻氮量会越来越高。而氨水的电解反应NH₃·H₂O?NH₄⁺+OHˉ为吸热反应,过高的温度会使得反应向右进行,使得空间里面的氨气含量减少,因此样品的含氮量会有所减小。对所制备的氮掺杂的样品进行了光催化性能测试和亲水性能测试,在光催化实验中,酸性大红作为模拟降解物在高压汞灯下,吸光度的数值会发生变化。所制备样品对酸性大红降解率最高可达到95%。亲水性能的检测为样品与水滴在紫外灯下进行接触角度的大小来评判,水滴与样品光学接触角最小为6.4°。