能源与环境是本世纪科学研究的两大主题,TiO2半导体光催化材料在解决环境污染与能源短缺方面表现出巨大的潜力,目前己经广泛应用于污染物深度净化处理,杀菌,光催化分解水制氢,染料敏化太阳能电池等诸多领域。研究表明:二氧化钛材料的功能不但与其自身性质有关,而目与其微结构调控密切相关。因此,建立微结构与性能联系对提高 TiO2已有功能和开发其潜在应用是十分重要的。本论文将 TiO2作为研究对象,在材料可控制备的基础上,建立微结构与性能的联系,分别应用于光催化和光伏领域。　　首先,以控制水解-溶剂热法制备了形貌完整的介孔微球。用扫描电镜、X射线、N2吸附-脱附等温线、紫外-可见分光光度计等手段表征了钛酸四丁酯加入量对微球形貌、物相、成分和催化性能的影响。然后将微球应用到光催化降解甲基橙的溶液中,光催化结果表明:微球的粒径增大,紫外光催化效果增强,并认定微球的比表面积变化对微球的催化效果起到了决定的作用。　　其次,以尿素作为氮源,盐酸(HCl)为钛酸丁酯(TBT)的保护剂,采用溶剂热法合成氮掺杂 TiO2微球。用扫描电镜、X射线、能谱仪、多功能电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等手段表征了盐酸加入量对微球形貌、物相、成分和催化性能的影响。实验结果表明该方法不仅能合成形貌较好的二氧化钛微球,同时实现了氮掺杂;盐酸加入量对微球形貌、物相和催化性能有较大影响,发现 M(HCl):M(TBT)为2.6:1时光催化效果最佳,在紫外灯和可见灯照射下催化效率均超过 Degussa P25。　　再次,用溶胶-凝胶法在水体系下制备了粒径大小可控的微球。用扫描电镜、X射线、紫外-可见分光光度计等手段表征了保温温度大小和氨水处理对微球形貌、物相、成分和催化性能的影响。实验结果表明:通过调整保温温度能够有效地将粒径控制在1～2 um;氨水处理能够改善晶化程度,同时增大微球的表面粗糙度。　　最后,用TiO2制作染料敏化薄膜电池,分别在光阳极上面组装一层 Al2O3和Ti-Si复合的阻挡层。然后将复合电极做了光电性能测试,发现 Al2O3阻挡层能够改善薄膜电极的性能,当 Al(NO3)3水溶液浓度为20 mmol/L时光电转化效率最高为7.11％;采用含有 Ti-Si的溶液浸泡 TiO2纳晶薄膜,通过 OCVD,IMP,IPCE,I-V等手段来说明 Ti-Si复合阻挡层能够阻挡电子与电解质中I3-或者氧化态染料的复合,从而达到提高薄膜光电性能的作用。其中Si为 Ti摩尔量的10％时,Ti-Si复合阻挡层性能最优。