TiO₂做为典型的半导体氧化物，其禁带宽度为3.2eV，能够利用紫外光进行光催化反应，一直是材料研究的热点，研究主要集中在通过新的制备方法制备特殊结构和形貌的TiO₂纳米材料或是通过掺杂方式改变TiO₂的能级结构，来实现拓展光响应范围和抑制光生电子和空穴复合，以提高TiO₂材料的光催化性能。本论文通过阳极氧化法、水热法、电化学沉积等方法制备出TiO₂纳米材料，通过一系列的表征手段来对TiO₂纳米材料的基本物性进行表征并探讨了探究了相应的制备机理，同时考察了TiO₂纳米材料在油田水处理方面的应用效果。1.通过实验结果建立了阳极氧化制备TiO₂纳米管的“感应电场诱导”理论模型：TiO₂的半导体性质和感应测电场的存在是产生管型结构的主要控制因素；化学溶蚀是阳极氧化初期决定TiO₂纳米管均匀分布的决定因素。TiO₂纳米管外壁随氧化时间产生的环状结构与所施加的氧化电压和TiO₂纳米管间的空间区域有关。TiO₂纳米管的晶态、形貌和比表面积与热处理温度相关。2.通过电化学沉积的方法在TiO₂纳米列阵中分别沉积金属Fe、Co、Ni和Ag，讨论了四种金属元素在TiO₂纳米列阵表面存在形式，金属元素本身的性质决定其沉积状态；经过热处理Fe/TiO₂、Co/TiO₂和Ni/TiO₂转变为相应的氧化物/TiO₂复合纳米材料，而Ag/TiO₂在热处理前后没有变化。3.分别采用直接水热法和光催化反应获得Ag/TiO₂纳米管材料，Ag在两种方法中负载的途径不同，在水热反应中Ag是以化合物形式吸附于TiO₂纳米管表面和包裹于TiO₂纳米管体相内，在后期的热处理过程中Ag才以单质形式与TiO₂纳米管复合；光催化反应是Ag以纳米粒子形式吸附在TiO₂纳米管表面的。Ag的存在对TiO₂纳米管的电子光谱没有产生影响，Ag/TiO₂不是以扩展TiO₂纳米管的光吸收范围，而是以Ag纳米粒子作为光生电子的捕获中心来实现光生电子和光生空穴有效分离来提高TiO₂纳米管的光催化活性的。4.根据光催化降解油田含聚污水效果结合量化计算探究聚丙烯酰胺光催化降解原理：分子内化学键作用强度决定了化学键的稳定性，溶液中聚丙烯酰胺三种存在形式决定了最终的光催化降解途径，只有在分子内交联形式下，才产生丙烯酸中间降解产物。5.在相同的吸附条件下，对比三种TiO₂纳米材料对油田污水中Pb²⁺、Hg+和As²⁺的吸附能力：TiO₂纳米颗粒的吸附能力最强，其次是TiO₂纳米管，TiO₂纳米线的吸附能力最弱。6.以PS微球为模板成功制备了Cu/TiO₂中空微球，通过对比煅烧前后掺铜Cu/TiO₂的IR、SEM、TEM确定合成的TiO₂微球确实为中空结构；PS微球和TiO₂表面电荷的不同是制备Cu/TiO₂壳层结构关键因素；在掺铜为0.75%的Cu/TiO₂中空微球的催化降解苯酚活性高。