随着不可再生能源的枯竭和环境问题的恶化,开发利用清洁可再生能源迫在眉睫。染料敏化太阳能电池有效的将太阳能转化成电能。锂离子二次电池有效的储存电能。介孔TiO₂具有孔体积大、孔径可调、比表面积高、成本低廉、结构稳定、环境友好和电子和光学性质优异等优点,用作染料敏化太阳能电池光阳极材料,增加染料的化学吸附量,提高太阳能转化效率;用作锂离子电池负极材料,增加电极与电解质的接触面积、缩短锂离子的扩散路径,而提高储能能力。本文旨在优化和开创介孔TiO₂的制备方法、制备新形貌介孔TiO₂、研究介孔TiO₂的形成机制及探索介孔TiO₂在锂离子二次电池和染料敏化太阳电池中的应用。本文,以十六烷基胺为结构导向剂,通过溶胶-凝胶和溶剂热两步法及空气下高温锻烧,制备出单分散亚微米锐钛矿型介孔球形TiO₂。系统探索了反应温度和陈化时间,优化了制备方法;介孔球形TiO₂用作锂离子电池负极材料,1 C（1C=170 mA g-1）下,200次循环后放电比容量仍有146.4 mA h g-1,容量保持率为85.1%;用作染料敏化太阳能电池光阳极,获得η=6.25%的光电转化效率。通过对以十六烷基胺为结构导向剂、溶胶-凝胶和溶剂热两步法制得的TiO₂,在氩气中高温将有机物原位碳化后,制备出单分散亚微米锐钛矿型介孔球形TiO₂/C。采用多种测试手段表明构成介孔球形TiO₂/C的基本颗粒表面包覆了一层约1.5 nm厚的碳膜,碳含量为1.1 wt%。用作锂离子电池负极材料,1 C和10C下,介孔球形TiO₂/C的放电比容量分别为¹80 mA h g-1和110 mA h g-1;而介孔球形TiO₂的放电比容量仅分别为¹70 mA h g-1和⁹7 mA h g-1。开创了一步溶剂热法,以十六烷基胺为结构导向剂,快速、有效的制备单分散锐钛矿型介孔球形Ti O₂。用作锂离子电池负极材料,1 C循环50次后,单分散介孔球形TiO₂仍有约150 mA h g-1的比容量,高于商品化25 nm TiO₂纳米粒子110 mA h g-1的比容量。将方法扩展至制备球/片结构Li₄Ti₅O₁₂,20 C（1 C=175 mA g-1）循环500次,比容量仍在100 mA h g-1以上。不加添加剂的情况下,甲醇和钛酸丁酯在常温、常压下反应得到的中间体TBM作为原位模板在空气中水解后,通过“原位转化机理”制备出厚度为13-30nm的单颗粒层锐钛矿型介孔片状TiO₂。用作锂离子电池负极材料,在5 C下,经过4000次的充放电后,片状介孔TiO₂仍有⁶0%的容量保持率。使用溶剂热方法,在甲醇-钛酸丁酯体系条件中,首次制备出了新形貌三维锐钛矿型介孔梭形介晶TiO₂,并提出了一种方向附着生长机理。用作锂离子电池负极材料,1 C下,1000次的循环中,其可逆比容量保持在110 mA h g-1。