电化学新能源的应用在人类生活中的重要性愈趋明显,因此对电化学新能源材料的开发和研究意义变得更加重大。而目前较为成熟的材料在电化学新能源中的应用均存在较严重的缺陷,因此寻找更加合适的材料对电化学新能源的推广和应用均具有重大意义。钛基材料因其具有原料丰富、化学稳定性好等优点,在锂离子电池、超级电容器和燃料电池等电化学新能源领域都有很好的应用前景。但目前钛基材料的电化学研究尚不成熟,因此从电化学新能源应用的角度来研究钛基材料的制备、结构和性能十分必要。本论文制备了非化学计量比的TiO_2-x（x≥0）纳米颗粒、TiN纳米纤维球和TiC/C复合纳米纤维等钛基材料并研究了它们的电化学性能。主要研究内容和结果如下:采用溶剂热法、以锌粉为还原剂,制备了非化学计量比的TiO_2-x纳米颗粒。当改变前驱体中锌粉的加入量时,溶剂热后所制备材料的形貌、结构和比表面积均未发生变化,但Ti3+的含量随着锌粉加入量的增加而增大。通过定量计算,得出Zn:Ti摩尔比为2%、4%和6%时所制备的TiO_2-x样品中,Ti3+的含量分别为1.3%、4.0%和7.2%。材料中Ti3+的加入可以提高材料的电导率,因而改变了其在锂离子电池中的电化学性能。研究发现,加入Ti3+不仅提高了TiO_2-x材料的平台比容量,对界面发生的储电容量亦有较大的改进;同时,加入Ti3+对TiO_2-x材料嵌锂过程具有更大的促进作用。材料的电化学性能如可逆容量、倍率性能和循环稳定性强烈依赖于Zn:Ti摩尔比。通过测试对比,Zn:Ti摩尔比为4%时所制备的TiO_2-x材料的可逆容量最高,其性能远高于未还原的纯TiO2材料。在100 mA/g的电流密度下可逆容量达到了202.1 mAh/g,3000 mA/g的电流密度下达到79.1 mAh/g,且在1000 mA/g的电流密度下、50次循环过后其容量保持率达到了96%。采用水热法结合NH3氮化制备了花状的TiN纳米线微球。研究了水热溶液中乙二醇的用量对材料形貌的影响,优化出乙二醇与水的体积比为3:1时可制备出形貌良好的花状纳米线微球。接着在高温下NH3气氛中制备出大小为3μm左右、由直径为15-20 nm的纳米线组成的TiN微球。此外,系统研究了NH3气氛下不同煅烧温度对材料形貌、结晶度和表面价态的影响。研究发现,在900℃下煅烧的样品获得了良好形貌、纯相且结晶度良好的TiN纳米线微球。通过对比不同煅烧温度下所制备的样品在0.1 mol/L的KOH溶液中的氧还原催化性能发现,在900℃下煅烧获得的样品催化性能最好,起始电位为-0.129 V,峰电位为-0.274 V,峰电流密度为0.64 mA/cm2。良好的微观形貌和较高的Ti-N键含量对材料的氧还原催化作用具有促进作用。另外,该材料的氧还原催化反应主要以四电子过程进行,且具有良好的催化稳定性。采用静电纺丝结合高温碳化制备了连续的TiC/C复合纳米纤维,其平均直径为100 nm,纤维中TiC颗粒的粒径为10-30 nm。研究发现,通过改变前驱体纤维稳定化的气氛,可以有效地控制TiC/C复合纳米纤维中TiC的含量。其中,Ar气氛中稳定化后所制得的纤维（TCCNFs-Ar）中TiC的含量高于空气中稳定化所制得的纤维（TCCNFs-air）。通过对比不同样品在0.1 mol/L的KOH溶液中的氧还原催化性能,发现TCCNFs-air具有最好的氧还原催化活性,起始电位为-0.07 V,峰电位为-0.18 V,峰电流密度为0.712 mA/cm2,且具有良好的催化稳定性。随后,研究了TiC/C复合纤维在6 mol/L KOH溶液中的超级电容性能,测得TCCNFs-Ar和TCCNFs-air在0.1 A/g的电流密度下分别获得77.8和130.0F/g的比电容,此结果远高于碳纤维和高纯TiC纳米颗粒,说明TiC和碳之间存在协同效应。此外,深入研究了TiC/C材料的电荷储存机理及循环稳定性。研究发现,在TiC/C中除了双电层电容的贡献外,还存在赝电容。TCCNFs-Ar和TCCNFs-air在循环25 000次后的比电容保持率分别为98.9%和93%,体现了优异的循环稳定性。