TiO2作为最重要的氧化物半导体材料之一,被广泛应用于环境、能源等领域。其中,锐钛矿型Ti02由于其优异的光电催化性能而受到广泛关注。设计并暴露锐钬矿Ti02晶体的高能面,如(001)面,来提高其催化活性是当前光催化材料研究的热点。如今,面临着两个重要的问题:1.锐钬矿Ti02的(001)面生长机理以及其与光催化性能的关联尚不清晰;2.Ti02基光催化材料仍受制于利用紫外光。针对上述两个关键问题,我们以(001)暴露面的锐钛矿TiO2为出发点,分别对生长机理和催化机制做出了解释,并在此基础上制备出同质结,拓宽了 TiO2材料的可见光响应范围。本论文以锐钬矿TiO2纳米片及其同质结的生长、微结构以及性能表征为核心。首先,通过水热法制备得到纯相锐钛矿TiO2纳米片,对其微结构,光解水产氢性能及生长模型进行了探究;其次,以TiO2纳米片为衬底,通过简单的热处理方法制备得到了 TiO2同质结结构,并系统地研究了热处理温度、保温时间及纳米片厚度对同质结生长的影响。本论文的主要结论如下:1.在氢氟酸环境下的水热反应中,通过调控辅助修饰剂的种类,制备出了片状和颗粒状的TiO2纳米晶。在该实验基础上,控制辅助修饰剂乙醇的添加量(2-25 mL)制备得到了厚度为2.9-13.5 nm的锐钛矿TiO2纳米片。其中,最薄的纳米片(2.9nm)可达到最高的光催化产氢性能(41.04mmol·h-1·g-1),对应的量子效率(41.6%)也最高。2.揭示了锐钛矿TiO2纳米片(001)面的生长机制:氟离子与表面的Ti空位缺陷键合,导致系统整体能量的降低,从而使得纳米片减薄。这种机制能够增大光生电子-空穴的分离效率,带来光催化性能的提高。但该键合易被碱洗液(如NaOH,KOH和LiOH等)打破,阳离子(Na+,K+和Li+等)会取代氟离子与Ti空位结合的位置,导致光生电子-空穴分离效率降低,从而使得光催化性能下降。3.用以上的锐钛矿Ti02纳米片为衬底,通过简单的热处理方法获得了锐钛矿Ti02同质结复合材料。系统地研究了热处理温度、保温时间以及纳米片厚度对同质结生长的影响。验证了温度为450 ℃,保温时间约2h,纳米片厚度薄(～4 nm)时最有助于生成有助于光催化产氢的同质结结构。其光催化产氢效率为94.37mmol.h-1·g-1;全解水效率为:产氢效率3891.49μmol.h-1·g-1,产氧效率516.43μmol·h.1·g-1,氢氧产量比为8:1。