Ti02是一种n型半导体,在紫外光激发下能够产生电子空穴对,并且具有良好的光学、电传导和生物相容性,使其在光催化、超亲水性自清洁、燃料电池、太阳能电池、生物传感器等领域有着广泛的应用。但是Ti02在实际中的应用也受到其自身性质的制约,因为其禁带宽度较宽(3.2 eV),所以只能利用太阳光中含量很少的紫外光(约占5%),另一方面,光生载流子的复合率也较高,因而需要对Ti02进行有效的改性,而获得性能更加优良的材料。本文采用了三种不同的合成方法分别制备了三维大孔结构的Ti02,硫化物掺杂的Ti02纤维以及核壳结构的Ti02复合纳米颗粒并探讨了其在生物传感器、光催化和光阳极中的应用。1.首先以聚苯乙烯胶体晶体为模板采用溶胶凝胶与高温焙烧结合的方法在涂覆铟锡氧化物(ITO)玻璃表面制备了三维大孔结构的锐钛矿Ti02,通过SEM、XRD和EDS等表征手段证实了此种结构的生成。三维大孔结构Ti02的比表面积较大且有交联的孔结构,利用这些特征,采用这种电极分别构筑了葡萄糖和过氧化氢生物传感器。通过电化学性能测试表明,这种结构的Ti02修饰电极的响应优于普通结构的Ti02电极,对应的葡萄糖生物传感器的灵敏度为151μAcm-2 mM-1,线性范围为0.05 mM-2.5 mM,最低检测限为0.02μM,并且Ti02与ITO的结合非常好,不易脱落。此外通过对在光照下过氧化氢传感器的电化学性能的研究,发现在暗室下传感器灵敏度仅为70.04μAmM-1,而当开启紫外灯后,灵敏度增大到102.92μAmM-1,说明在紫外光照条件下生物传感器的性能更加优良。2.设计了将金属盐与Ti02的前驱体一同混合,而后采用静电纺丝技术获得金属盐掺杂的Ti02纤维,高温焙烧后引入硫源与纤维中的金属盐进一步反应从而获得CdS/TiO2和ZnS/TiO2纤维。此方法简单易行,不仅避免了化学交联剂的引入,也能够利用Ti02纤维的基体结构限制硫化物纳米颗粒的长大,从而获得粒径小而均一,在Ti02基体中均匀分散的硫化物颗粒,并且实现了掺杂浓度的可控。紫外可见吸收光谱表明CdS纳米颗粒的引入将Ti02纤维的吸收边从400 nm扩展到530 nm。此外研究还发现了P123模板剂的引入能够改变Ti02纤维的孔结构从而获得比表面积更大的纤维,因此在制备ZnS/TiO2纤维的前驱体口加入了P123,构筑了ZnS/TiO2纤维修饰的酶基生物燃料电池光阳极,ZnS的加入能够改善Ti02的电化学性能。3.考虑到环保和实际应用两方面的要求,进一步设计了CuInS2/Ti02复合材料,由于CuInS2 (CIS)是一种三元半导体,其合成机理比较复杂,因此采用静电纺丝技术首先制备Ti02纤维,再将纤维引入到CIS的前驱体溶液中通过溶剂热的方法制备CIS/TiO2复合材料。CIS前驱体的不同将获得不同形貌的复合材料。以一价的Cu离子和硫粉为前驱体,利用乙醇溶剂本身的还原性,获得CIS片层结构与Ti02纤维的复合。当CIS前驱体浓度较大时则形成CIS片层包覆Ti02纤维的结构,当CIS前驱体浓度较小时,则得到Ti02纤维缠绕CIS层状微球的结构,这种复合材料在模拟太阳光下对亚甲基蓝的降解速率非常快,5 min内降解效率就能达到50%左右。而当以二价Cu离子和Na2S为CIS的前驱体,同时引入对溴苯硫酚(HSPh)作为还原剂时,由于反应中HSPh不仅充当了还原剂的作用,还能起到捕获剂的作用以限制CIS的生长,从而获得小粒径的CIS颗粒,它们均匀的分布在Ti02纤维表面,反应后复合材料仍然保持一维结构的形貌。此复合纤维中CIS的分布密度与掺杂浓度密切相关,当CIS:TiO2的质量比为0.6：1时,纤维在可见光激发下能够获得较大的光电流。4.采用有机金属合成的方法制备了TiO2/ZnS/CIS纳米颗粒。ZnS壳层的引入能够提高CIS量子点的稳定性,并改善它的荧光性能。ZnS/CIS核壳结构的荧光性能与反应时间有关,当ZnS的生长时间为60 min时,量子点荧光强度最佳。引入Ti02壳层结构后极大的降低了量子点的荧光强度,表明了CIS的激发电子不再与其自身的价带中的空穴复合,而是向TiO2导带转移,这种性能正是太阳能电池所需要的。