光催化制氢与消除污染物已成为近年来的研究热点。因具有适宜的能带结构,二氧化钛使得光催化产氢与光降解污染物在热力学上成为可能,并成为光催化研究的标志性材料。本论文通过形貌调变与缺陷调控,设计并合成了一系列以二氧化钛为主的钛基半导体纳米材料,深入研究了其物化性质及构效关系,主要研究结果总结如下:1.采用溶剂热法制备了一系列钛基半导体纳米晶,并考察了氢氟酸加入量对纳米晶结构演变及光催化性能的影响。当不加氢氟酸时,所得纳米晶为TiO₂纳米颗粒,主要暴露{101}面。加入少量氢氟酸时,所得纳米晶为主要暴露{001}面的TiO₂纳米片。由于{001}面与{101}面间的晶面异质结促进了载流子分离,该样品表现出了最高的光催化性能。继续增加氢氟酸加入量,所得纳米晶的表面与体相均形成TiO₂与TiOF₂混合相,形貌呈现片层堆叠结构,光催化性能下降。继续提高氢氟酸加入量,氟离子全部进入晶格形成（NH₄）_0.3TiO_1.1F_2.1。因其具有不适宜光催化反应的能带结构,该物质表现出了较差的光催化活性,但其可作为制备氮、氟掺杂钛基半导体材料的前驱体使用。2.选取暴露{001}面的TiO₂作为模型催化剂,考察了TiO₂中缺陷在体相与表面的分布对光催化产氢性能的影响。研究表明氢溢流辅助氢化处理仅可以引入表面氧空位与三价钛,而氮气气氛热处理仅可以引入体相氧空位与三价钛。体相与表面的缺陷都可以促进电子空穴的分离,提高样品对光的吸收,以及提高样品中载流子的密度,但是表面缺陷的引入相比于体相缺陷更有利于抑制光生电子空穴的分离。此外,具有表面缺陷的样品相比于具有体相缺陷的样品展现出更高的光催化产氢性能。通过对样品能带结构的研究,发现体相与表面缺陷的引入不能改变样品价带顶的位置,但是可以改变导带底的位置。表面缺陷的引入可以在导带底形成一个较小的带尾能级,其位置处于H⁺/H₂还原电位以上,并可以促进光催化产氢反应的进行。体相缺陷则会在导带底引入一个较大的带尾能级,其位置处于H⁺/H₂还原电位以下,并抑制光催化产氢反应的进行。而氢化处理的TiO₂光催化性能的提升主要源于表面缺陷引入时形成的有利于光催化产氢反应的能带结构。