钛基纳米材料具有优良的理化性质,在催化、光电转化、传感和能源领域具有重要的应用,引起了各领域科学家的高度重视。钛基纳米材料的制备、表征和性能研究,既有基础理论研究的意义,又有十分重要的应用前景。本论文在钛基纳米材料的结构和形貌调控、性能和应用研究等方面取得了一定的进展,得到了一些新颖而有价值的研究结果。归纳如下：1.采用水热法制备钛酸纳米管,通过改变前驱体、水热温度和时间等反应条件调控产物的形貌、组成和结构,揭示了制备规律,探讨了纳米管的生长机理。由于钛酸是一种环境友好、化学稳定的生物相容性材料,钛酸含有的功能性羟基非常适合固定亲水性物种。本文利用其亲水性成功地将尿酸酶和水合氧化钌分别与钛酸纳米管组装成两种复合物。尿酸酶-钛酸纳米管复合物是通过固定尿酸酶到钛酸纳米管上获得的,并以此复合物构建了尿酸生物传感器。研究结果表明该复合物保持了尿酸酶的生物活性,对尿酸具有很高的电催化作用。水合氧化钌-钛酸纳米管复合物具有大的比电容,能长时间大功率反复充放电。这些结果表明钛酸纳米管在生物传感及超级电容器等领域具有重要的应用前景。2.通过阳极氧化制备了垂直定向的二氧化钛纳米管阵列,改变阳极化条件实现了不同形貌纳米结构阵列的调变,分析了不同形貌纳米结构的形成原因。由于二氧化钛纳米管阵列的特殊定向结构以及与基底的良好电接触,通过电沉积法将超级电容器材料水合氧化钌和异质结材料氧化铜分别填充进入二氧化钛纳米管阵列的管中,得到了两种复合物薄膜。性能研究结果表明水合氧化钉-二氧化钛纳米管阵列复合膜的电容性能得到了很大的提高,而氧化铜-二氧化钛纳米管阵列复合膜相当于一个纳米p-n异质结,具有非线性Ⅰ-Ⅴ响应,说明二氧化钛纳米管阵列在超级电容器和微电子器件领域有广阔的应用前景。3.钛酸纳米片是具有二维纳米结构的生物相容性材料,具有低的等电点(1.2),而生物分子的等电点一般在7左右,意味着可以在较宽的pH范围内通过自组装的方法构建立体的三明治结构生物分子-钛酸纳米片复合物。本文通过调变反应液的pH值,使带正电荷的血红蛋白分子与带负电荷的钛酸纳米片自组装成血红蛋白-钛酸纳米片复合物,以此构建的生物传感器保持了血红蛋白的生物活性,增强了对强酸、强碱和高温的耐受力,加速了血红蛋白分子与电极之间的电子传递,对氧气具有很高的电催化作用,表明钛酸纳米片在生物传感领域有重要的应用潜力。