一般而言,采取不同工艺制备的TiO₂纳米管,其表现出的光电转化率、光催化效率以及吸附性能具有极大的差别,深入研究发现,这些性能上的差别是TiO₂纳米管微观尺寸不同造成的结果。因此研究TiO₂纳米管尺寸对其性能的影响,并分析造成其性能差异的本质原因,有利于优化TiO₂纳米管制备工艺条件,发现TiO₂纳米管性能与尺寸间的内在联系,并预测特定TiO₂纳米管的性能,具有很强现实意义。本文采用阳极氧化法制备TiO₂纳米管。电解液由乙二醇,不同质量分数NH₄F以及2体积去离子水构成。首先,研究了工艺参数与TiO₂纳米管尺寸间的关系,并采用F-SEM、EDS能谱、XRD以及拉曼光谱对样品进行了表征。随后,建立了管状纳米材料的尺寸效应模型,通过分子动力学模拟的方法对模型进行了验证,分析了纳米粒子尺寸效应对表面能、空位形成能以及扩散激活能的影响。最后对氧化时间不同的TiO₂纳米管的电化学性能、紫外光吸收性、光催化性及润湿行为进行了分析,通过所建立的模型对造成性能差异的原因进行了分析。研究结果表明,当NH₄F质量浓度为0.5 wt.%时,制备的TiO₂纳米管薄膜管径分布十分不均匀,且表面不平整。当NH₄F浓度达到0.75 wt.%时,无法形成纳米管结构。NH₄F浓度为0.25 wt.%时,所制备的TiO₂纳米管外径和壁厚大小分布均匀,效果最佳。增大阳极氧化电压,TiO₂纳米管的外径、壁厚以及管长同时增加,随着电压的增加,TiO₂纳米管薄膜表面多孔膜的覆盖面积减小。延长阳极氧化时间,TiO₂纳米管外径和管的长度会逐渐增大,壁厚减小。当时间超过24 h其管长的生长会受到限制。并且延长氧化时间,TiO₂表面多孔膜的孔径会逐渐增加,且多孔膜的覆盖范围会逐渐缩小,TiO₂纳米管薄膜内部锐钛矿的结晶性也会有一定程度提高。TiO₂纳米管薄膜的生长过程包含初始氧化膜向基体推进以及F^-以一定速度溶解初始氧化膜两个过程。若F^-对初始氧化膜的溶解作用小于或等于初始氧化膜向基体推进的速度,则TiO₂纳米管薄膜可以持续生长。利用从完美长方体晶体表面抽取纳米片这一过程中的能量变化,建立了管状金属纳米尺寸效应模型:（?）通过用该模型对不同粒径纳米铜和纳米镍的原子数进行计算,并与分子学模型得到结果进行验证,表明本模型具有高度可靠性。利用纳米粒子尺寸效应模型对金属纳米粒子的表面能、空位形成能与扩散激活能进行计算,结果表明纳米粒子尺寸越小,表面能、空位形成能与扩散激活能尺寸效应越明显。TiO₂纳米管薄膜的耐蚀性优于纯钛,且阳极氧化时间控制在30 min⁶0 min时耐蚀性最好。TiO₂纳米管的管壁随着氧化时间增加而减小。且随着壁厚减小,TiO₂纳米薄膜对可见光的吸收性,光催化性能以及对去离子水的润湿性能均得到提高,这与所建立的纳米尺寸效应所计算结果具有一致性。