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能源短缺和环境污染问题日益严重,寻求可替代的清洁能源已迫在眉睫。光催化技术可以利用清洁可再生的太阳光来驱动降解污染物、光解水制氢等重要化学反应;光电转化技术可通过光伏效应把太阳辐射能直接转换成电能。因此开发有效利用太阳能的光催化材料和光电材料对解决环境污染及能源问题具有重要意义。利用贵金属纳米材料修饰TiO2,可以通过贵金属在可见光区强的表面等离子体共振（SPR）效应拓展光吸收,并能促进光生电子和空穴的分离,从而提高光催化剂的光量子效率,因而成为研究的热点。受到自然界中海胆、花粉等多刺状结构具有大的比表面积以及减反射性能的启发,基于结构仿生理念将仿生多刺状结构与TiO2/棒状贵金属复合纳米材料结合,有利于提高光催化活性以及光电转化性能。本文研究了仿生多刺状TiO2/Au纳米棒（TiO2/AuNR）复合纳米材料光催化剂的合成方法,并探究了光催化性能以及光电转化性能,具体研究内容如下:（1）利用种子生长法制备了四种不同长径比的AuNR（2.5,2.7,4.1和4.5）,并分别在AuNR溶液中原位生长多刺状TiO2,合成了TiO2/AuNR-685,TiO2/AuNR-730,TiO2/AuNR-805,和TiO2/AuNR-850四种仿生多刺状TiO2/AuNR复合纳米材料。紫外-可见以及减反射光谱表征表明这种仿生复合纳米材料在可见光区展现了两个Au NR的SPR吸收峰,扩大了在可见光区的吸收范围,同时多刺状结构有效的降低了光的反射率,从而表现出明显增强的光捕获能力。重点研究了复合纳米材料的可见光催化降解性能,并与纯AuNR、商业化TiO2和仿生多刺状TiO2/Au纳米球（TiO2/AuNS）光催化剂进行了对比,分别绘制了降解曲线并拟合计算了降解的反应速率。四种仿生多刺状TiO2/AuNR光催化剂相对于对比材料均展现了显著提高的光催化性能,在90分钟内可见光催化降解罗丹明B的降解效率均超过90%,这可归因于其同时提高了光能捕获、光生电荷利用、以及比表面积。其中仿生多刺状TiO2/AuNR-685光催化剂具有最优的光催化活性,在90分钟内降解了98.9%的罗丹明B,此外还研究了其循环使用能力。这种仿生多刺状复合纳米材料的可见光吸收性能显著增强,光反射率明显降低,光捕获效率明显提高,在环境及能源领域有很大的应用前景。（2）研究了仿生多刺状TiO2/AuNR-685光催化剂的光催化产H2性能和光电转化性能。以仿生多刺状TiO2/AuNS,仿生多刺状TiO2,商业化TiO2和AuNR作为对比材料,以甲醇为牺牲剂,分别测试了在可见光和模拟太阳光下的光催化产H2速率。在模拟太阳光下,仿生多刺状TiO2/AuNR复合纳米材料展现了最优的产H2性能,其产H2的速率为1.81 mmol g-1 h-1,并测试了其循环使用性能。在可见光下,仿生多刺状TiO2/AuNR复合纳米材料的产H2速率为0.06 mmol g-1h-1,而仿生多刺状TiO2和商业化TiO2没有H2产生。将仿生多刺状TiO2/AuNR复合纳米材料涂覆在ITO导电玻璃上作为光阳极,利用三电极体系在可见光和模拟太阳光下分别测试其光电转化性能,与仿生多刺状TiO2和商业化TiO2对比,仿生多刺状TiO2/AuNR复合纳米材料可产生明显增强的快速而稳定的光电流,并且其电化学阻抗最低,表明电荷转移迅速,具有良好的光电转化性能。这种仿生复合纳米材料为制备新型光催化剂及光电材料提供了新的思路。