纳米TiO₂是一种重要的无机功能材料,在光催化降解大气和水中的污染物、染料敏化太阳能电池（DSSC）、气敏传感器、光解水等方面有着广阔的应用前景。与其它形态的TiO₂相比,TiO₂纳米管阵列具有更大的比表面积、更强的吸附能力、高效的电子传输通道,有望在提高TiO₂已知性能的同时,获得新的功能特性。因此,对TiO₂纳米管阵列的制备及应用进行系统深入的研究具有重要的实际意义。本文采用恒压阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列,通过FE-SEM、XRD、TEM等对纳米管阵列的形貌和结构进行表征,并研究了阳极氧化电压、时间及电解液种类对管阵列形貌、结构的影响。结果表明:对于同一电解液体系,TiO₂纳米管阵列的形成需要特定的氧化电压、时间参数范围。纳米管的平均管径、管壁厚度、管长随氧化电压的提高而增大,氧化时间只对纳米管长度有显著影响;电解液种类是获得大长径比TiO₂纳米管阵列的关键。在具有高的介电常数和粘度系数的有机电解液中,可以制备出更长的纳米管。阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列为无定型态,经过热处理可获得锐钛矿、金红石等不同晶型。纳米管阵列中TiO₂的结晶过程有别于其它形态的TiO₂。管中锐钛矿晶粒在达到一定尺度后不再增大,也不转变为金红石相。只有当纳米管坍塌,管中的小尺寸锐钛矿相晶粒才会消失。此外,本文对TiO₂纳米管阵列在光催化降解甲基橙、直接甲醇燃料电池阳极电催化剂、DSSC的光阳极三个方面的应用进行了探索性研究。得出以下结论:将空气热处理的TiO₂纳米管阵列作为光催化剂,对甲基橙溶液进行光催化降解试验,研究了阳极氧化电压、氧化时间、热处理温度对光催化性能的影响。结果表明,0.5wt%HF电解液（20V、20min）中制备的TiO₂纳米管阵列400℃热处理后具有较好的光催化性能,其经高压汞灯照射40min,对10mg/L甲基橙溶液的降解率可达到99.6%。通过直流电沉积和超声辅助直流电沉积,成功制备出Pt/TiO₂纳米管阵列/Ti复合电极。沉积过程中超声波及纳米管的存在促进了Pt在电极表面的分散。同等制备条件下,超声辅助电沉积制备的Pt/TiO₂纳米管阵列/Ti复合电极对甲醇具有最强的电催化氧化能力,普通电沉积的其次,直接沉积在Ti上的最差,但它们的性能都优于同等面积的纯Pt片状电极。利用TiO₂纳米管阵列作为光阳极材料,成功组装制备了DSSC。TiO₂纳米管阵列的比表面积对电池性能有着重要影响。比表面积越大,其组装的太阳能电池的性能越好。例如,含有1vol%水的0.25wt% NH₄F/乙二醇电解液（20V、2h）中制备的大比表面积TiO₂纳米线/带/管阵列镶段复合结构,经过450℃空气热处理后,组装成的DSSC（1cm×1cm）具有最佳的光电性能(J_sc=3.53mA/cm²、V_oc=0.81V、η=1.508%)。