近年来制备形貌和结构可调的二氧化钛纳米管结构吸引了广泛的关注。二氧化钛本身是一种广泛使用的多功能材料，通过结合一维的高度有序的纳米结构，二氧化钛纳米管具有广泛和重要的应用潜力。电化学阳极氧化是一种简单，直接，成本低的制备纳米管阵列的方法，可在钛片和沉积的钛薄膜上生长纳米管。阳极氧化的关键参数，如所施加的电压和阳极氧化温度等，都会极大地影响纳米管的生长行为，可以制备出一系列各种表面形貌，规则度，生长速率和尺寸的二氧化钛纳米管。这里我们集中于研究高质量的二氧化钛纳米管结构的制备，使其更适合能源光子学应用。　　阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管与其他纳米材料相比，具有表面积小的局限性。这里我们引入了一种制备高纵横比的二氧化钛纳米管的方法，调整合成条件，包括采用低电压和高温度，合成了长度较长，直径较小的二氧化钛纳米管阵列，在实际应用中能提供足够大的比表面积。我们采用修改后的阳极氧化方法制备高质量的，开孔的和表面平整的二氧化钛纳米管。阳极氧化时电压的中断形成双层结构，并且由于表面不规则层较弱的结合力，可以很容易分离下来。传统的超声处理方法在去除表面倒塌的纳米管的同时，得到的表面十分粗糙。相比而言，这种方法更加有效和可靠。（第二章）　　染料敏化太阳能电池作为低成本的第三代太阳能电池获得了广泛和深入的研究。阳极氧化方法制备的二氧化钛纳米管阵列结构，可替代传统的二氧化钛纳米颗粒作为染料敏化太阳能电池的光阳极。我们对二氧化钛纳米管在染料敏化太阳能电池中应用的可行性和优越性进行了全面的研究，在二氧化钛纳米管薄膜的基础上，优化纳米管的结构，改善电池的性能。首先，二氧化钛纳米管薄膜可用于制备基于纳米管的透明电极。通常情况下，由于二氧化钛纳米管阵列是生长在钛基底上的，应用到染料敏化太阳能电池中时采用背面入射的结构。为了解决这个问题，我们把纳米管从钛基底上剥离下来，然后转移到透明导电衬底上。我们采用自剥离的方法来获得高质量的纳米管自由薄膜，具有简单、可靠的优点。然后使用二氧化钛纳米颗粒把这些薄膜转移到透明导电衬底上，实现光从正面入射。在此基础上，进一步调整二氧化钛纳米管的底端形貌。两端开孔薄膜组成的染料敏化太阳能电池比底端封闭的薄膜具有更高的能量转换效率。（第三章）　　我们制备了具有光子晶体特性的二氧化钛纳米管，即一维二氧化钛纳米管光子晶体。我们使用脉冲电流阳极氧化方法制备沿轴向具有周期的二氧化钛纳米管层。由于具有高折射率，这种结构可以很好地作为光子材料，而且光子学特性可以通过结构周期的长度很容易地进行精确和连续调制。周期性结构的纳米管阵列可以把处于光子带隙的光反射回二氧化钛光吸收层，因此可以显著改善染料敏化太阳能电池的光捕获。这种方式和其他许多方法（通常使用反蛋白结构或交替层状材料）相比的优点在于简单和高度可控的制备过程，可调的光子学特性和易于集成的特点。（第四章）　　在应用到染料敏化太阳能电池中时，二氧化钛纳米管阵列结构通常具有较小的表面积，不能充分吸附染料，导致光生电子的数量较低。因此，我们通过简单的泡水处理的方法，调节纳米管管壁的几何形貌，使纳米管内表面积显著增加。（第五章）　　对高质量的二氧化钛纳米管薄膜进行高温退火，可改善结晶度，并加快电子的传输，显著改善染料敏化太阳能电池的效率。对薄膜进行高温结晶的优点如下：首先，由于不存在钛基底，二氧化钛纳米管薄膜可保持其结构完整性和晶型的稳定。其次，由于高温退火是在粘附到透明导电衬底之前完成的，衬底的质量不会受到高温退火过程的影响。（第六章）　　总的来说，通过制备高质量的纳米管薄膜，优化光照方向和管底结构，结合光子晶体增强光捕获，增加纳米管的内表面积，以及改善其结晶度等方式，可显著提高电池的能量转换效率，表明二氧化钛纳米管在染料敏化太阳能电池中具有重要的应用前景。