伴随着全球经济和工业的飞速发展,化石燃料等不可再生燃料将日趋枯竭,环境污染等问题也日益严重,因此人们开始致力于研究开发环境友好型的功能性材料。纤维素物质广泛存在于自然界中,具有无毒性、柔韧性、多孔性、生物降解性和相容性等优点,因此,可以利用纤维素为模板或支架,将客体材料引入纤维素的独特天然结构中,制备新型纤维素功能材料。二氧化钛纳米材料由于具有独特的物理化学性质而广泛应用于光催化、抗菌、太阳能电池以及锂离子电池等方面的研究。本文以天然纤维素(普通定量滤纸)为模板或支架,以钛酸四丁酯为前体物,通过表面溶胶-凝胶的方法在纤维素纳米纤维的表面沉积二氧化钛超薄凝胶膜,随后通过不同的后处理方法,得到了各种具有特定性质和结构的二氧化钛功能复合材料,主要结论如下：1、金红石型二氧化钛/石墨复合材料：将通过表面溶胶-凝胶法制备的二氧化钛凝胶膜/纤维素复合材料在1300℃,Ar氛围中碳化,得到了金红石型二氧化钛/石墨复合材料。碳化过程中,纤维素纳米纤维转变成具有核壳结构的碳纤维,与此同时,无定型的二氧化钛超薄凝胶膜转变成金红石型二氧化钛纳米颗粒。由于二氧化钛凝胶膜和纤维素的协同作用,阻止了纤维素纳米纤维和二氧化钛在碳化过程中的烧结和聚集,使得该金红石型二氧化钛/石墨复合材料具有较大的比表面积。将该复合材料用于亚甲蓝水溶液的脱色研究,结果表明其对亚甲蓝水溶液在高压汞灯照射下的脱色具有较好的催化效果。此外,由于金红石型二氧化钛/石墨复合材料中含有石墨型的碳,因此其还具有一定的导电性。2、锐钛矿/金红石型二氧化钛纳米管复合材料：将通过表面溶胶-凝胶法制备的二氧化钛凝胶膜/纤维素复合薄片在空气中煅烧,得到了锐钛矿型二氧化钛纳米管,随后以钛酸四丁酯为前体物,通过水热的方法,在锐钛矿型二氧化钛表面生长金红石型二氧化钛,得到了异质结构的锐钛矿/金红石型二氧化钛复合材料。这样的一种异质结构有利于实现光生电子和空穴的分离,提高材料的光催化活性。光催化实验结果表明,锐钛矿/金红石型二氧化钛复合材料对亚甲基蓝分子的光降解显示了很好的催化效果。3、锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料：通过两种不同的方法制备了锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料。(1)将通过表面溶胶-凝胶法制备的二氧化钛凝胶膜/纤维素复合薄片在水和乙醇介质中进行水热反应,制备了锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料。在水热反应过程中,超薄的二氧化钛凝胶膜转变成了锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒,均匀地分散在每根纤维素纳米纤维的表面。由于该锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料具有较大的比表面积,有利于染料分子的吸附,提高了材料的光催化效果。光催化实验结果表明,该材料对亚甲蓝和甲基橙分子的降解都具有较好的光催化效果。(2)以二氧化钛凝胶膜/纤维素复合材料为模板,加入至含有钛酸四丁酯的乙醇溶液中,通过溶剂热的方法将钛酸四丁酯均匀地吸附在纤维素纳米纤维的表面,随后进行水热反应,将钛酸四丁酯转变成了锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒,得到了锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料。这种方法解决了钛酸四丁酯在水溶液中因快速水解而导致颗粒聚集的问题。天然纤维素的多级层次网状结构为钛酸四丁酯提供了很多吸附通道,纤维物物质的纳米孔隙结构又可以为钛酸四丁酯的水解提供细小的空间,阻止了大颗粒二氧化钛的形成,因此通过这种方法制备的二氧化钛纳米颗粒的粒径很小,具有较大的比表面积,使得该材料对有机染料的降解具有较好的光催化效果。此外,通过光还原的方法在锐钛矿型二氧化钛/纤维素复合材料表面修饰银纳米颗粒,得到了锐钛矿型二氧化钛/纤维素-银纳米颗粒复合材料,该材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有较明显的抗菌效果。4、锐钛矿/金红石型二氧化钛-银纳米颗粒复合材料：通过银镜反应,将银纳米颗粒修饰到结论2中制备的锐钛矿/金红石型二氧化钛复合材料的表面,得到了锐钛矿/金红石型二氧化钛-银纳米颗粒的复合材料。由于锐钛矿/金红石型二氧化钛复合材料的比表面积比较大,导致其银的负载量比较大,提高了锐钛矿/金红石型二氧化钛复合材料的导电性。将该复合材料应用于锂离子电池负极材料的性能研究,结果表明,该复合材料显示了较好的循环稳定性和倍率性能。5、二氧化钛/氧化铟锡复合材料：以锐钛矿型二氧化钛纳米管为基体,在苯甲醇溶液中分别加入乙酰丙酮铟和叔丁氧基锡两种前体物,通过溶剂热的方法将氧化锢锡纳米颗粒均匀地负载在二氧化钛纳米管的表面,得到了具有多级层次结构的二氧化钛/氧化铟锡复合材料。将该复合材料应用于锂离子电池负极材料的性能研究,结果表明,该复合材料不仅具有较高的比容量,还显示了较好的循环稳定性和倍率性能。