由于TiO2的光学和电学性质，它在光催化当中的应用已经被广泛研究。它的应用主要包括从水中或从有机化合中光催化生产氢气，有机化合物的分解和合成，环境污染物的去除，CO2还原制备燃料，用于染料敏化太阳能电池，可充电电池或超级电容器，传感器以及生物医学器件。然而由于TiO2禁带宽度约为3.2 eV，这限制了它只能吸收波长小于387 nm的紫外光。为了改善它的性能，许多人已经致力于调整它的结构和性质。　　在本文中，我们对特定晶型、形貌和结构的TiO2的性质和应用进行了研究，主要内容包括:1.制备具有特定晶型的催化剂;2.制备具有特定形貌的催化剂;3.制备具有特殊结构的催化剂。同时被修饰的TiO2被应用于多个领域。这些领域包括:1.将材料用作光催化剂对水相有机污染物的降解;2.将材料用作光催化剂对气相污染物的降解;3.在电催化中用作电极材料对水相污染物的降解;4.在锂电池当中用作电极材料。　　在第一部分内容中，我们首先合成了具有特定晶型的TiO2。在所有TiO2的晶相中，板钛矿一直以来是被研究最少的晶相。因为它的晶体结构较为复杂，对称性低，一般情况下很难制备得到纯相的板钛矿。在本部分内容中，我们使用一种简单的一步水热法制备得到了纯相板钛矿纳米颗粒。并探索了在氨水体系中制备板钛矿相TiO2的条件。我们考察了电解质的浓度和水热时间的影响，另外为了考察电解质中阴、阳离子分别对转晶过程的影响，我们设计了两个系列的实验，一个系列固定阴离子为Cl-;另一个系列固定阳离子为Na+，从而得出阴阳离子分别在钛酸盐转晶至TiO2不同晶型当中的作用。另外实验证明，混合相的TiO2与纯相的相比具有更好的活性。在制备出纯相板钛矿的基础上，我们制备了板钛矿与锐钛矿的混合晶相，通过实验设计将颗粒状的锐钛矿生长于花状板钛矿的表面。通过在紫外下降解MO和2，4-DCP，我们发现制备出的混合相TiO2与纯相TiO2和物理混合的混合物相比都有更为优越的活性。　　在第二部分中，我们研究了钛酸盐到TiO2的晶型转变过程和形貌演变过程。首先通过传统水热法制备了钛酸盐纳米管和纳米线，将纳米管和纳米线作为前驱体在不同体系中进行二次水热，并对二次水热中的转晶过程和形貌演变过程进行了研究。在钛酸盐纳米管的二次水热中，我们使用氨水体系作为反应介质，并通过调节加入的NaCl的浓度不同，调节钛酸盐分别向锐钛矿和板钛矿的转晶。在二次水热后，我们发现钛酸盐成功转晶成锐钛矿与板钛矿，并且一维纳米管的形貌得到了很好的保持。经测试发现，锐钛矿与板钛矿纳米管均具有比商品化的纳米颗粒更大的比表面积，在液相染料的紫外光降解中，两种纳米管均显示比纳米颗粒更好的催化活性。另外由于一维纳米管特殊的形貌优势，我们将两种纳米管用作锂离子电池阳极材料，测试发现与常用于锂离子电池的B-TiO2相比，这两种纳米管都显示出比其更高的充放电容量。而在循环测试之后两种纳米管也具有相对稳定的放电性能。尤其对于板钛矿纳米管，在此工作是我们发现它可显示高达372 mAh g-1的放电容量。这是在文献中首次报道板钛矿可显示如此高的放电容量。该工作为开拓板钛矿在光电化学中的应用提供了良好的基础。除了对锐钛矿与板钛矿纳米管的制备，我们也使用钛酸盐纳米线作为前驱体，研究了在碱性，中性和酸性三个体系中钛酸盐转晶情况。在三种水热体系中，通过调节反应系统中引入的电解质的种类以及浓度，发现在三种介质下以及在不同电解质环境中，可得到的产物的种类有所不同，另外形貌也有不同变化。　　除了对液相污染物的处理，TiO2在气态污染物的净化中也具有潜在的应用价格。在第三部分工作中，我们对TiO2的结构进行了修饰，通过在还原氛围中对商品化P25进行煅烧处理，使其形成了具有不同还原程度的Ti3+/TiO2。另外我们负载了贵金属Pt，使催化剂在CO气相氧化中具有更好的催化活性。实验结果表明这种特殊结构的催化剂对CO气相光氧化具有较好的催化作用。通过实验发现，当TiO2的还原程度不同时，催化剂对CO的氧化能力也不同。而与没有受还原处理的空白TiO2/Pt相比，一定还原程度的催化剂具有更好的催化活性。活性最优的催化剂仅在135 min内便可将浓度约为1000 ppm的CO完全氧化。我们认为这种对TiO2是处理方式是一种非常容易在实际中应用的方法。　　TiO2除了在光化学的应用之外，其在电催化的应用中也是一种良好的电极材料。在最后一部分工作中，我们使用TiO2与其他半导体材料的复合物作为电极的纳米涂层，并利用NaCl电解质溶液作为反应介质，通过电极上的阳极材料对反应介质中的NaCl的氧化生成一系列活性氯物种，活性氯物种继续作为活性物质对有机污染物及无机离子进行氧化和去除。