纳米尺寸的TiO2由于其独特的物理化学性质和广阔的应用前景吸引了世界范围人们越来越多的关注。制备兼具有高空隙率、高结晶度的TiO2纳米材料是提高材料光活性的重要手段,所以对介晶TiO2材料的研究将成为本领域的研究热点。较窄的光谱响应范围和低量子产率是限制二氧化钛材料应用的两个主要因素,所以探索简单有效的方法制备兼有宽波谱响应和高量子效率的活性TiO2纳米材料一直被研究者们关注。本工作设计制备了TiO2纳米材料的特殊结构,调控材料表面状态,增大材料比表面积,研究了材料的光催化和光电转换性能,主要研究内容和结果如下:　　 1、溶剂热处理有机小分子体系制备球状TiO2介晶:形成机理及光催化性能和染料敏化太阳能电池性能研究　　 介晶材料因其新颖的结构、性能以及非典型的晶化过程而备受关注。本工作通过简单的溶剂热反应成功实现了粒径可控的球状二氧化钛介晶颗粒的可控制备。在一系列条件实验的基础上,提出了介晶样品的非经典晶化机理。这一特殊的形成机理涉及到在体系弱键网络控制下的自组装过程。研究了所得介晶样品作为催化甲基橙降解的光催化剂和染料敏化太阳能电池的光阳极材料的性能。结果证实,所得介晶颗粒兼有优良的光催化活性和光电转换能力。　　 2、有机小分子辅助合成高活性棒状TiO2介晶　　 根据球状TiO2介晶的非经典晶化机制,我们在溶剂热体系中设计并引入了新的弱键作用--π-π堆积,成功制备出了具有高光催化活性的棒状锐钛矿二氧化钛介晶材料。深入研究了TiO2纳米颗粒定向组装形成介晶棒的机理。对比实验的结果表明,TiO2纳米颗粒的定向组装是在疏水键、π-π堆积以及混合酯模板协同作用下进行的。同时还发现π-π堆积还能够控制锐钛矿晶面的生长。这种简单的制备介晶的方法和理念的建立,不仅对锐钛矿二氧化钛介晶材料额设计和可控制备提供了新思路,同时也为进一步理解独特的多孔结晶超结构的形成机理提供了良好的契机。　　 3、钒(Ⅳ/Ⅴ)掺杂金红石型TiO2纳米棒的制备及紫外和可见光催化性能研究　　 通过一步水热反应制备了钒掺杂金红石TiO2纳米棒。用透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见光漫反射仪(UV-VisDRS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对样品进行了形貌、结构及性能表征。发现钒的掺杂对二氧化钛的带隙能和表面状态有很大影响。对样品的紫外和可见光催化活性的研究发现:钒掺杂没有提高样品的紫外光催化活性；而对样品的可见光活性的改善则比较明显,1wt％和0.1wt％的钒掺杂能显著增强样品对亚甲基蓝的氧化和铬(Ⅵ)的还原的可见光催化活性。　　 4、高可见光活性锐钛矿-板钛矿双晶相N-TiO2纳米颗粒的简易合成　　 通过简单的溶剂热反应成功实现了氮掺杂的锐钛矿-板钛矿双晶相二氧化钛纳米光催化剂的可控制备。通过对相选择试剂(乙酰丙酮)用量的控制,可以简单有效地实现对板钛矿和锐钛矿两相比例的调控。研究发现,样品的带隙能、Ti,O和N的化学状态以及光催化活性都在很大程度上受板钛矿和锐钛矿的混晶效应的影响。当材料含有24.6％板钛矿和75.4％锐钛矿时,氮掺杂的双晶相二氧化钛材料在紫外和可见光下均具有最好的活性。这一结果是由多方面因为造成的,包括因高浓度的表面羟基导致的高量子效率、较少的Ti3+位点、适宜的活性氮浓度、较高的比表面积,以及适当的带隙能。