纳米TiO2具有独特的物理化学性能，在环境保护、化学合成、医疗卫生等方面有着广泛应用。本文针对纳米TiO2粒子、纳米结构TiO2空心球及核-壳结构纳米TiO2/γ-Al2O3的新制备方法及在催化反应中的应用进行了较系统的研究。开发出了低成本、粒径可控的纳米TiO2制备新技术，并提出了TiO2纳米粒子形成机理。研究了纳米结构TiO2空心球、核-壳结构纳米TiO2/γ-Al2O3的自组装合成技术，成功地制备出上述两种纳米结构材料，并考察了其在正戊烷异构化、苯酚光催化降解反应中的催化活性。　　以廉价的高浓度TiCl4水溶液为原料，在无任何模板剂及矿化剂存在下，分别采用动态沸腾回流水解法和微波加热水解法，通过控制反应条件，制备出了粒径可控的金红石型TiO2纳米球，该制备工艺未见文献报道;在微量添加剂（SO42-、PO43-）存在下，采用动态沸腾回流水解法，制备出了粒径可控的纯锐钛型TiO2纳米粒子。结果表明，添加PO43-离子不但能制备纯锐钛型纳米粒子，而且所得到TiO2纳米粒子具有较高的热稳定性，即使在800℃煅烧2h仍为纯锐钛型且不出现硬团聚现象，该结果未见文献报道;研究了不同浓度及有无添加剂时TiCl4水溶液的水解过程，确定了Ti4+初始物的水合分子结构，通过图示给出了共顶点脱水生成金红石型及共边脱水形成锐钛型纳米TiO2的水解机理，并用该机理合理地解释了TiO2纳米粒子的成核机制以及与反应条件之间的关系。　　以TiCl4水溶液为原料，以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为自组装介质，聚苯乙烯(Pst)微球为模板，建立了在模板上直接成核成长的新制备方法，并通过逐层自组装过程和煅烧过程制备出了表面完整的纳米结构TiO2空心球，该制备方法未见文献报道;考察了壳层TiO2组装量、TiCl4/HCl溶胶中HCl浓度、组装温度、煅烧温度和升温速率对形成完整结构纳米TiO2空心球的影响规律。在HCl浓度为2.0mol/L、组装温度为80～100℃的条件下，壳层纳米TiO2组装量达到2％以上，Pst微球表面TiO2粒子均匀致密，且TiO2粒子的粒径在纳米级，能进行有效组装。研究了煅烧温度、组装温度和SO42-离子浓度对纳米TiO2空心球晶型的影响。通过控制组装温度和煅烧温度，可获得纯金红石型或混晶型纳米TiO2空心球。加入SO42-离子可提高混晶中锐钛型TiO2的比例。　　以钛酸四丁酯为原料，SDBS为自组装介质，γ-Al2O3为模板，采用在模板上直接成核成长的方法，并通过逐层吸附自组装过程和煅烧过程，成功地制备出了表面致密均匀的核-壳结构纳米TiO2/γ-Al2O3材料。考察了自组装介质种类及浓度、煅烧温度、包覆层数等条件对产物形貌、粒径及晶型的影响。发现SDBS在TiO2/γ-Al2O3表面上的吸附过程为三个阶段，在第二阶段的“平台”范围内SDBS吸附较好。在450℃煅烧得到锐钛型TiO2/γ-Al2O3，而在550℃煅烧得到锐钛型和金红石混晶型TiO2/γ-Al2O3。　　用SO42-离子对制备的TiO2/γ-Al2O3进行修饰，制备出了SO42-/TiO2-γ-Al2O3新型纳米固体超强酸催化剂。考察了焙烧温度和组装次数对纳米固体超强酸酸性的影响。评价了其对正戊烷异构化的催化活性;以核-壳结构纳米TiO2/γ-Al2O3和TiO2空心球作催化剂，在紫外光的照射下，对低浓度的苯酚溶液进行光催化降解反应。考察了煅烧温度、组装层数、催化剂用量和苯酚溶液的pH值对其催化活性的影响。发现在较短的反应时间内，苯酚光催化降解率达到90％以上。