环境污染和能源短缺是目前亟待解决的两个问题。太阳能等可再生能源具有间歇性的特点,其实际应用必须结合先进的能量存储装置。光催化和超级电容器是具有发展前景的环境治理和能量存储技术。分支纳米线阵列作为功能材料具有比表面积高和载流子迁移率较高等优势,但其可控制备仍较困难。本文选取元素储量较丰富的钛基化合物(TiO2和TiN)为研究对象,通过设计并制备可控的分支纳米线结构,开发高性能光催化剂的和超级电容器电极材料。针对环境问题,制备了准单晶锐钛矿TiO2分支纳米线阵列作为高性能光催化剂,用于气相和液相污染物降解。利用TiF4溶液沉积法在在单晶纳米线表面生长多孔介晶,最终得到具有准单晶结构的锐钛矿TiO2分支纳米线阵列。该材料结合了分支结构高比表面和准单晶结构载流子迁移率高的优势,因此,在紫外光照射下降解空气中的甲苯以及水中的苯酚时表现出了优异的光催化性能。此外,该材料还具有优异的光催化稳定性,在循环六次后未出现活性的下降。以TiO2纳米线阵列、TiO2介晶薄膜及商用P25作为对比样品,研究了光催化性能与材料结构之间的关系。针对能源问题,制备了空心TiN分支纳米线阵列作为超级电容器电极材料,用于能量存储领域。先制备TiO2/钛酸分支纳米线,然后在氨气中进行热处理得到具有空心结构的TiN分支纳米线阵列。由于该材料具有高比表面积和高电导率,因而具有优异的电化学性能。该材料组装的超级电容器具有较高的体积能量密度,超快充电的能力(扫描速度可达到10 V 的量级)和优异的循环稳定性。在2000 mV s-1的扫描速度下,经过350000次充电/放电循环后,仍可保持初始电容的82%。此外,研究了表面修饰对诱导柯肯达尔效应的影响。发现在氮化反应初期,固态材料表面快速形成一层连续的TiN层是触发柯肯达尔效应关键之一。本文的研究结果为分支纳米线结构的钛基化合物材料的制备提供了可控的技术途径,同时对高性能光催化剂和超级电容器电极材料的设计具有一定的指导意义。