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作为一种应对能源问题和环境问题的有效手段,光催化技术对于人类的可持续发展具有重要的意义。本文基于硫酸溶液中钛酸和非晶态TiO2的溶解再结晶过程,对钛酸纳米线施以合适的中间热处理以控制其结晶度,最终实现了对硫酸处理后TiO2纳米薄膜形貌的可控制备；在硫酸溶液中添加合适金属硫酸盐,实现硫酸处理TiO2纳米薄膜的金属离子掺杂。利用场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、Raman光谱、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射等表征技术分析了TiO2纳米薄膜的形貌、晶体结构及光响应行为,重点探讨了硫酸处理过程中薄膜形貌的转变机理。论文取得的主要结果如下：1.TiO2纳米薄膜的形貌可控制备：通过将氢钛酸纳米线在不同温度下热处理,再在pH=2的硫酸溶液中80℃浸泡72 h得到了形貌可控的TiO2纳米结构薄膜。随着中间热处理温度的提高,硫酸处理后获得的TiO2薄膜由纳米花结构逐渐过渡为分支纳米线结构。超过一临界温度,氢钛酸纳米线在中间热处理过程中直接分解为以锐钛矿相为主的TiO2,其纳米线结构在随后的硫酸处理过程中保持不变。硫酸溶液pH值从2.0下降到1.0时,得到的纳米花和分支的尺寸都有所增大,保持纳米线形貌的中间热处理临界温度也由280℃提高到300℃。改变中间热处理的时间,也可以实现对TiO2薄膜的调控。相对而言,调控中间热处理时间更容易实现对TiO2薄膜形貌和尺寸的精确控制。光催化测试结果表明,中间热处理条件为260℃×1h,pH=2.0的硫酸处理72 h后得到的分支纳米线结构薄膜具有最佳的光催化降解磺基水杨酸的性能。2.TiO2纳米薄膜金属离子掺杂改性：通过向硫酸溶液中添加可溶性金属硫酸盐,一步实现了钛酸纳米线薄膜的形貌转化和金属离子掺杂。XPS测试结果和能谱数据均表明,采用该方法可以得到掺杂均匀的TiO2薄膜。添加金属硫酸盐后,硫酸处理过程中钛酸的转化率明显提高,薄膜中形成了大量的锐钛矿相TiO2。掺Fe3+时,随着掺杂浓度的增加,TiO2纳米花的尺寸先减小,再转变为分支结构；W6+掺杂时,形成纳米线上生长锐钛矿相纳米颗粒的结构,当掺杂浓度较高时,纳米线完全转化为纳米颗粒；Ni2+掺杂时,纳米线薄膜的形貌无明显变化。掺杂后TiO2薄膜的吸收限明显红移,光催化降解罗丹明B的能力略有提高。