TiO2纳米材料由于具有合成方便、价格低廉、环境友好和优异的物理化学等特性,在光催化降解、气敏传感器以及光伏器件领域具有广阔的应用前景。与其他形态的TiO2相比,一维有序结构的TiO2纳米管阵列具有更大的比表面积、更有利于电子传输的结构,能更好的应用于染料敏化太阳能电池领域,是目前国内外研究的热点之一。本文围绕阳极氧化工艺制备高度有序排列的TiO2纳米管阵列,探索最理想的阳极氧化工艺,实现TiO2纳米管阵列的可控制备,详细阐述了 TiO2纳米管阵列形貌特征与阳极氧化工艺参数的关系,分析了纳米管阵列的生长机理,并进一步研究了基于纳米管阵列的染料敏化太阳能电池的特性。主要实验结果及创新性成果如下:1.TiO2纳米管阵列的可控制备。采用阳极氧化法制备了高度垂直于基底的管形貌清晰完整的TiO2纳米管阵列,结合场发射扫描电镜(FESEM)和直流电源自带的电流-时间监测软件,系统研究了在不同氧化时间、氧化电压以及氧化温度的情况下,管形貌和时间-电流曲线的变化,揭示了 TiO2纳米管的阳极氧化形成过程;发现了氧化电压主要对TiO2纳米管的管内径、管壁和管间距起关键作用,并呈现线性关系;而氧化温度对管壁厚起主要影响作用。由此可以根据不同的氧化电压、氧化温度定向设计我们所需的TiO2纳米管阵列的微结构参数(包括:管间距、管内径、壁厚等),从而实现对TiO2纳米管阵列的定向设计与可控制备。2.基于TiO2纳米管阵列的染料敏化太阳能电池的性能研究。将阳极氧化制备好的TiO2纳米管阵列从Ti片上剥离并转移至透明导电玻璃(FTO)上,制备成前光式的染料敏化太阳能电池。首先,我们对TiO2纳米管阵列进行了不同退火温度的处理,结合X射线衍射图谱和制备成电池后的光电性能表征,得到了在不同退火温度下TiO2纳米管阵列的晶型以及电池的光电转换性能。其中,经过500℃退火的TiO2纳米管阵列制备成的染料敏化太阳能电池光电转化效率达到3.72%;其次,我们使用了不同浓度的TiCl4溶液对TiO2纳米管阵列进行了表面修饰处理,以期望增大TiO2纳米管比表面积,最终提高染料敏化太阳能电池效率的目的。结果表明,当TiCl4溶液浓度为0.1M时,电池的电流密度为11.89 mA/cm2,光电转化效率达到4.46%,较未经修饰的TiO2纳米管太阳能电池,电流密度和光电转换效率分别提高了 36.7%和41.1%。