作为一种重要的宽带隙半导体,二氧化钛纳米材料在光催化、气体传感器、太阳能电池等许多研究领域有着广泛的应用。近年来,科研工作者在二氧化钛纳米材料的制备和应用方面开展了大量的研究工作,研究表明二氧化钛纳米材料的性质不但与其物相结构和颗粒大小有关,而且与其形貌和微观结构密不可分。本论文的主要目的是合成新型二氧化钛纳米结构材料,并探讨材料的形成机制及材料微观结构与性质之间的关系。本论文中我们通过液相路线合成了在亚微米范围内尺寸可控的二氧化钛中空球、具有介孔结构的蚕茧状锐钛矿二氧化钛及镍掺杂二氧化钛纳米结构纤维。通过调节反应参数对二氧化钛的尺寸、结构和形貌进行了调控,并讨论了产品的形成机理,初步分析了所合成二氧化钛产品结构与性能间的关系。本论文工作不仅丰富了二氧化钛基础研究内容,还为二氧化钛纳米结构材料的潜在应用提供了理论基础和技术支持。本论文的主要工作如下：1、无模板法制备二氧化钛中空球及其光催化性能研究我们以四氯化钛为原料,乙醇和丙酮为溶剂,通过220℃溶剂热反应合成了亚微米尺寸的锐钛矿二氧化钛中空球,中空球由二氧化钛纳米晶聚集而成,通过调节溶剂中醇的种类可以在亚微米尺寸范围内(0.4μm-1μm)调控中空球的大小。研究表明,二氧化钛中空球的形成经历了低结晶度的二氧化钛纳米粒子的形成、纳米粒子经聚集形成实心球以及基于Ostwald熟化过程的由低晶化度实心球向锐钛矿二氧化钛中空球的转化过程。在向中空球的变化过程中,实心球的内部逐渐溶解并在球壳表面再结晶,最终形成中空球体,其中通过醇的醚化反应形成的水对中空球的形成起到关键的推动作用,因此通过调节反应体系中醇的种类可以调控所得二氧化钛中空球的尺寸和微结构。进一步的分析表明所制备的二氧化钛中空球对水溶液中苯酚的降解表现出优异的光催化活性。2、蚕茧状介孔结构锐钛矿二氧化钛的合成及光催化性质本工作中我们以硫酸钛为原料,水、乙醚为溶剂,硫酸铵为添加剂,通过简单的一步无模板方法于180℃溶剂热条件下制备了蚕茧状介孔锐钛矿二氧化钛纳米结构。该纳米结构由锐钛矿二氧化钛纳米颗粒聚集而成,BET比表面积达到140m2.g-1,BJH孔径为3.9nm。通过对产物形成过程的跟踪研究表明,介孔二氧化钛纳米结构的形成源于硫酸根离子、铵根离子和乙醚调控的二氧化钛纳米晶的定向聚集。在产物形成过程中,铵离子和硫酸根离子在二氧化钛初级粒子表面的吸附对其各向异性的聚集起着关键的作用。对所得产物的光催化性质研究发现,产物的光催化活性与后处理的煅烧温度和二氧化钛表面硫酸根离子的数量密切相关。3、掺镍二氧化钛纳米纤维的制备及气敏性质本工作中,我们以异丙醇钛为原料、聚氧乙烯吡咯烷酮K90为纺丝助剂、四水合乙酸镍为添加剂、冰醋酸为稳定剂、乙醇为溶剂,利用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了直径为100nm左右的二氧化钛及镍掺杂的二氧化钛纳米结构纤维。其中镍的添加有效抑制了二氧化钛纳米颗粒的长大以及二氧化钛由锐钛矿相向金红石相的转变,提高了二氧化钛纳米纤维对无水乙醇和丙酮蒸汽的敏感特性。该工作丰富了二氧化钛一维纳米结构材料的制备和气体传感性质研究,为开发高性能的TiO2气敏传感器提供理论基础和技术支持。