能源问题已经深刻影响到人类社会的各个方面,寻找清洁的可再生能源是解决能源危机的根本途径。利用半导体材料的光电转换特性对太阳能进行直接而有效的利用,具有重大的社会和经济价值。近几十年来纳米技术日新月异的发展,赋予了纳米级半导体材料更高的光电转换效率。其中,TiO2纳米材料因廉价、无毒和极强的抗光腐蚀特性而备受研究者的青睐,在太阳能电池、光催化裂解水和污染物降解等领域有着广泛的应用前景。本文围绕TiO2纳米结构的电化学制备及其光电特性展开研究,以达到扩展其应用和改善其光电性能的目的。主要研究内容和结果如下:　　采用有机基电解液中阳极氧化的方法制备得到TiO2纳米管阵列,并对其生长机理和形貌进行较为详细的研究。此自组装而成的纳米管具有准六边形的横断面,并且,在生长过程中F离子化学腐蚀的持续作用下,其纵向剖面呈现“V”字型结构。管长和管径随氧化电压的增加而增大。对TiO2纳米管膜表面的糊状层进行研究,发现其实质为电场极化下生成的钝化层。对此,我们采用“二次氧化”和“退火-氧化”两种方法来避免该钝化层的无序覆盖,从而极大改善了管膜表面的管口形貌。借鉴外管壁褶皱的形成机理,实验中采用不同的氧化电压扫描方式,获得了竹节型和分段型的管阵列形貌。研究表明,有机基电解液中的PH和离子扩散梯度机制是溶液老化现象的根源,并在TiO2纳米管生长的整个过程中起主导作用。通过分析TiO2纳米管底部阻挡层的形成机理,我们提出了基于Ti/Au复合膜的“电解液改进法”和“变化电压法”,获得具有良好形貌的双开口型TiO2纳米管阵列。实验上也证实了在这种双开口型管结构中直流沉积窄带半导体CdSe的可行性。　　在自行搭建光电表征系统的基础上,我们对TiO2纳米管阵列的光电性能进行研究。结果发现,管长与光电流之间存在一个最佳值,这源于纳米管长度相关的光吸收强度与载流子扩散程这一对矛盾的相互竞争。由于相应电极表面催化反应加剧等原因,溶液温度升高,TiO2纳米管阵列的光响应增大。另外,随着退火温度的升高,TiO2纳米管的结晶经历了从无定形到锐钛矿相再到金红石相的转变,光电流也逐渐下降,这说明锐钛矿更有利于光催化反应。我们采用H2和CH4混合气体在高温中退火还原的方式,在TiO2纳米管中形成有效的C阴离子掺杂,使其光响应范围扩展到可见光区。但由于还原反应导致C单质析出等原因,实验的重复性较差,需要进一步的探索。　　另一方面,我们引入了阴极等离子放电法制备出具有规整形貌和宽谱强吸收的TiO2纳米球颗粒。据我们所知,目前还没有类似的报道。使用TEM、XRD、XPS等技术分析发现,颗粒中所含有的大量氧空位是其优异光吸收最主要的原因。基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算结果也对这一结论进行了验证。光电化学和光助场发射的实验表明,颗粒宽谱吸收的光能量被用于载流子的有效分离。为了全面了解该方法中纳米颗粒的生长机理以及进行拓展性研究,我们采用Al、Ca和Fe材料作为电极,分别制备出相应的金属氧化物纳米球颗粒。并且基于上述研究,提出阴极等离子放电法制各金属氧化物纳米颗粒的机理为:等离子区域中因电流、焦耳热、电导三者正反馈放大效应,释放出的大量焦耳热使得阴极局部区域熔融并形成球形颗粒。这些颗粒受到等离子区域中的活性基团及后续溶液的淬火作用,形成了特定的结构和成分。等离子区高温、多活性基团环境及后续淬火过程的存在,使得这一方法具备极强的拓展性,有望在金属纳米颗粒的制备和改性中得到推广和工业应用。最后在此基础上,发现通过阴极抛光以及提高初始电解液温度的方式,可以达到提高颗粒尺寸均匀性和降低颗粒平均尺寸的目的。