二氧化钛(Ti02)是一种重要的宽带隙半导体金属氧化物,金红石相和锐钛矿相的室温禁带宽度约为3.03eV和3.20eV。通常在自然界中,TiO2常见的相有金红石相、锐钛矿相以及板钛矿相。金红石相是最稳定的TiO2相,而锐钛矿相是最有效最广泛应用在催化剂领域、光化学和电化学领域。锐钛矿相在温度范围700℃到10008℃范围内会转变成金红石相,而金红石相在温度冷却后不会转变回锐钛矿相。催化活性通常跟材料的表面相关,尤其是高活性的表面。但高活性面在晶体的生长过程中通常会快速的消失掉,使总体的表面能降低。对于锐钛矿相TiO2而言,大多数可以获得的锐钛矿相TiO2主要由热力学稳定的{101}面组成而不是更高活性的{001}面。因此长期以来合成具有稳定的高活性表面的无机单晶体被广泛的研究。2008年首次报道了使用氢氟酸作为表面形貌控制剂成功合成高表面积比高活性{001}面的锐钛矿相TiO2单晶体。在染料敏化太阳能电池中,纳米锐钛矿相TiO2颗粒组成的多孔薄膜是电池的核心之一,当受到太阳光照射吸附在纳米TiO2颗粒上的染料分子吸收光照产生光电子,通过Ti02颗粒电子很容易传导到透明导电膜上。本文主要利用透射电子显微学对高表面积比高活性{001}面锐钛矿TiO2纳米片、合成过程中中间产物无机氟氧化物Na3TiOF5和锐钛矿相Ti02纳米颗粒中的微结构进行了研究,论文主要分为三大部分：第一部分是关于高表面积比高活性{001}面锐钛矿相Ti02纳米片的微结构表征和中间产物Na3TiOF5相的结构鉴定分析。微结构表征发现锐钛矿相TiO2纳米片呈去顶的八面体形貌,由两个平坦的活性{001}面和其他八个等腰梯形{101}面组成。纳米片的厚度大致在10nm左右。同时在产物中发现了微米量级的块状样品,通过三维倒易点阵重构和能谱分析,确定了该中间产物相为单斜的无机氟氧化物Na3TiOF5。第二部分是关于中间产物Na3TiOF5畴结构的电子显微学分析以及空间群理论的研究。在电子衍射的实验中,发现大量结果都是由两套电子衍射花样组成的,通过系列倾转样品台,发现这些花样之间存在一些固定的取向关系,形成了畴结构。而在相变过程中伴随着某些对称性的缺失,在低对称性的相中往往会发现畴结构。有报道表明Na3TiOF5在当温度从873K降到室温时会发生从立方到单斜的铁弹相变。通过空间群理论分析,研究了从立方结构空间群为Fm3m到单斜结构空间群为P21/n母子群关系,通过陪集展开得到了12种畴变体和11中畴壁关系,进一步分析可以分类为三种正交畴和两种反平行畴。基于理论分析的结果对实验结果进行了分类。第三部分主要是对TiO2纳米颗粒取向附着形成的晶体界面进行高分辨电子显微学研究。TiO2纳米颗粒附着的主要发生在{101}面、{112}面和{001}面。附着后形成完整的单晶或者形成有界面缺陷的晶体。通过高分辨的研究发现界面上位错的柏氏矢量为1/2<101>。