二氧化钛纳米材料用于多相催化体系的优势在于其具有较大的比表面积和孔容、优良的光电化学效应以及较强的氧化能力，因此可用于以光催化降解有机污染物、汽车尾气处理以及一氧化碳甲烷化反应等为代表的各种多相催化体系。本文针对二氧化钛纳米材料的合成以及其在三个典型的多相催化体系中的催化性能进行了研究。首先，采用水热合成法制备二氧化钛纳米管材料，发现水热合成温度对TiO2水热产物的形貌和晶型存在显著影响，TiO2纳米管的适宜水热合成温度为120~150C。洗涤步骤采用低浓度HNO3溶液会减少水洗处理后出现的纳米管团聚现象。在300~400C焙烧处理后的TiO2纳米材料具有较好的锐钛矿晶型，保持了纳米管状结构。在120~150C温度范围水热合成的TiO2纳米管展现了最大的饱和吸附量和更高的光催化活性。通过原位红外的测定，初步探讨了亚甲基蓝在TiO2纳米管材料上通过脱甲基作用瓦解多环结构的光降解反应机理。其次，TiO2纳米材料不仅被用作催化剂载体还可用作光催化剂，采用连续浸渍的方法制备了CuO/CeO2-TiO2催化剂，研究了其对光热共催化的NO+CO氧化还原反应性能及相应的反应机理。铜-铈-钛的协同作用导致了氧原子从氧化铈到铜物种相对灵活的传递以及更高的氧空缺浓度，从而提高催化活性。最后，分别采用浸渍法和共沉淀法制备不同氧化锆含量的ZrO2-TiO2载体从而得到Ru/ZrO2-TiO2催化剂，考察两种制备方法以及不同ZrO2含量对选择性甲烷化反应的影响。