能源危机和环境污染是当前世界面临的最大挑战之一。纳米二氧化钛(TiO2)由于具有优越的光电效应、介电效应和光电化学稳定性等优点,因此它被称为最有发展前景的优良半导体,在光催化、电催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池、传感器和生物功能材料等领域得到了大量研究。然而,纳米TiO2存在着光生电子与空穴复合率高、光吸收范围窄、纳米粉体材料易团聚等不足,如何解决上述问题是目前纳米TiO2应用研究的热点和难点之一。本论文主要基于纳米TiO2及其复合材料的制备与应用展开研究,一方面以一维的碳纳米管(MWCNT)作为载体,探索了 TiO2与MWCNT复合材料的制备、表征与光电催化性能;另一方面以一维的纳米TiO2为对象,主要研究了载铂或掺氮Ti02纳米管的物相、形貌、微结构、尺寸等对光催化性能的影响,并探讨了纳米管的卷曲机理。本论文的主要研究内容如下:(1)采用常压水解法和水热法制备了 TiO2@MWCNT纳米复合材料,系统研究了其物相及形貌结构特征与性能的差异。在同一种制备方法下,不同反应温度和不同钛碳物质的量之比下,探讨了材料的微结构差异对其吸附性能、光催化活性和电催化活性造成的影响。首次开展了该复合材料在甲醇燃料电池中的性能研究。通过控制实验参数实现了对纳米复合材料形貌、尺寸以及光电催化性能的有效调控。结果表明,MWCNT是Ti02的良好载体,两者构成复合材料后存在明显的协同效应,且能大大提高其光催化活性与电催化活性。(2)发展了一种太阳光诱导自组装一维束状金红石、金红石与碳纳米管复合材料的室温制备方法。这种束状金红石是由许多呈椭圆形、粒径大小为4～7 nm的纳米颗粒,沿着[001]定向自组装而成的;太阳光在这个过程中起到了促进及诱导作用。束状金红石血液相容性较好,生物毒性较低。束状金红石及金红石与碳纳米管复合材料均有较高的吸附性能和光催化性能。(3)发展了一种“剥离—重新堆垛”分步水热制备Ti02纳米管、载铂Ti02纳米管和掺氮Ti02纳米管的方法,即3D→2D→2D’→ 1D分步维度结构转化技术。探讨了 Ti02纳米管由厚度为1.2～2.1 nm的纳米薄片卷曲而成的机理;发现了具有六边形和正方形结构的Ti02纳米管;载铂Ti02纳米片经过水热反应形成了载铂TiO2纳米管,Pt纳米颗粒在纳米管表面和管口内侧均有分布;在分步合成中,载Pt纳米管外径比未载Pt纳米管大近一倍,这与Pt纳米颗粒的作用有关。利用暴露大面积高能(001)面的锐钛矿纳米片再剥离、卷曲成纳米管的过程中,出现了一端为纳米管另一端为纳米片的结构。载铂或掺氮是提高Ti02纳米管光催化活性的有效方法。