近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起人们的极大关注。为了获得TiO₂纳米管阵列的最佳性能,一方面需要有效地控制纳米管管径、管长、管壁厚度、管壁形貌、表面形貌质量等;另一方面就是对TiO₂纳米管阵列进行掺杂改性。本文采用阳极氧化法分别在水溶液和丙三醇溶液中制备了掺杂与未掺杂的TiO₂纳米管阵列,并研究了纳米管的形貌可控性、掺杂元素对纳米管形貌和热稳定性的影响,以及掺杂元素对TiO₂晶粒生长和相变的影响。首先,研究了氧化电压和水分含量对TiO₂纳米管管径、管长、表面形貌的影响。发现采用高的氧化电压可以制备出大管径的TiO₂纳米管,并且纳米管的管径随着氧化电压的升高而线性地增大。当丙三醇溶液中的水分含量从零开始升高时,TiO₂纳米管的管径随之增大,但是管长先减小后增大,表面形貌质量先上升后下降。此外,讨论了节状管壁的产生机理,认为水分是产生节状纳米管的必备条件。其次,通过氧化钛锆合金的方法制备出锆掺杂的TiO₂纳米管,发现锆掺杂可以增加TiO₂纳米管的长度。在480°C至680°C的高温热处理过程中,锆元素能够阻碍锐钛矿相TiO₂晶粒的生长以及向金红石相的转变,并且ATNTA中锆含量越多,阻碍作用越明显。同时,锆掺杂还可以明显提高纳米管阵列形貌的热稳定性。此外,ATNTA的锆掺杂量可以通过改变基体的成分而很方便地得到调整。最后,通过氧化钛铬合金的方法制备出铬掺杂的TiO₂纳米管,发现铬掺杂改变了TiO₂纳米管阵列的形貌。管壁较厚的TiO₂纳米管排列松散,管间距较大。在480°C至580°C的高温热处理过程中,基体发生了由β相向α相的转变,但没有破坏纳米管阵列的结构。铬掺杂促进了锐钛矿相TiO₂晶粒向金红石结构的转变。在热处理的过程中,氧化膜中一直没有出现锐钛矿型的TiO₂,而是在非晶的氧化膜中直接产生了金红石型的TiO₂晶粒。