二氧化钛（TiO2）纳米材料具有光催化活性好、光电效应、耐光腐蚀能力强、本身稳定性高、环境友好、价格相对低廉及对人体无毒性等优点,TiO2已成为光催化降解污染物以及光解水制氢等领域人们最感兴趣、研究最深入的一种半导体材料。但是由于TiO2的能带间隙较宽，对太阳光的利用率很低，并且其光生电子-空穴对的复合率较高，光量子产率较低，因而限制了它在实际生活中的应用。
尽管传统的提高TiO2光催化活性的方法是对其进行修饰，例如贵金属沉积、离子掺杂以及半导体复合等，这些方法的确都能有效地拓宽TiO2的光谱响应范围并抑制其光生载流子的复合，从而提高其光催化活性，但是这些方法的制备工艺都比较复杂，并且不绿色环保。本文采取一步水热法，无需其他制备工艺，以水溶性钛源二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛和无机酸为原料，可控合成出高活性纳米二氧化钛。对制备的纳米TiO2不进行任何再修饰，仅通过对其本征特性，例如比表面积大小、混晶结构等的控制来调控样品的光催化性能。本文的主要研究内容如下：
（1）利用浓盐酸为无机酸原料，无需模板制备了高比表面积的微/介孔孔径可调控的纳米锐钛矿TiO2微球，研究了水热反应的时间对生成的多孔材料孔径大小的影响，讨论了不同孔径TiO2样品一小时内紫外光催化降解2,4-二氯酚活性的大小，并与商用P25对比。结果表明，一步水热法生成的多孔TiO2微球随着其水热反应时间的延长，孔径的增大，对2,4-二氯酚的降解效率越来越高。在72h生成的介孔TiO2微球一小时内的降解率达到89.8%，高于P25对其74.3%的降解率。
（2）利用氢氟酸为无机酸原料，控制水热反应体系的时间，第一次制备出类似异质结的新型异面结结构，其由锐钛矿（101）面和（200）面构建而成，晶格失配率高达84%。讨论了锐钛矿二氧化钛在含有和不含有异面结的情况下，紫外光照下分解水制氢性能并与商用P25光解水制氢性能进行比较。结果表明：含有异面结的锐钛矿TiO2紫外光下分解水制氢性能是不含异面结的锐钛矿TiO2四倍，并且高于P25的光解水效率。
（3）利用浓硝酸和氨水调节水热体系，调控水热反应系统的pH，制备出锐钛矿-金红石混晶纳米TiO2。研究了锐钛矿和金红石在混晶结构中的比例对其粒径、比表面积大小及光催化活性的影响。结果表明：含有适当比例的混晶结构TiO2在紫外光下降解甲基橙溶液，其效率远大于锐钛矿TiO2和金红石TiO2。