二氧化钛纳米材料在光催化降解、太阳能敏感电池、光裂解水制氢以及气体传感器等领域具有广泛的应用前景。与纳米粉体相比,一维结构的氧化钛纳米管不产生团聚,具有更大的比表面积和吸附能力,表现出更高的光催化活性和光电转换效率。本文采用一步法水热工艺合成TiO₂纳米管,采用高分辨透射电子显微镜/能谱仪（HRTEM/EDS）、X-射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了水热反应温度、反应时间、样品洗涤方法、煅烧工艺以及铁离子掺杂对产物物相和形貌的影响;通过自制的光催化装置研究了各纳米管样品对亚甲基蓝溶液的光催化降解行为,获得了具有最佳光催化性能的氧化钛纳米管的合成工艺,研究结果如下:一步法水热合成TiO₂纳米管的工艺为:钛酸四丁酯溶胶在NaOH碱溶液中沉淀后直接进行水热反应,并经过酸洗和煅烧,获得结晶度良好的锐钛矿纳米管;该纳米管均匀弥散,管直径5 nm、长度100 nm左右,断面呈（ī01）取向。水热反应诱发了非晶TiO₂向薄片状Na₂Ti₂Ti₆O₁₆转变;酸洗诱发了Na₂Ti₂Ti₆O₁₆薄片向H₂Ti₄O₉·H₂O纳米管的转变;煅烧促进了H₂Ti₄O₉·H₂O纳米管向锐钛矿纳米管的转变。铁离子掺杂促进了钛酸向锐钛矿的转变,掺杂量小于5 mol%时对纳米管形貌影响不大,但掺杂量达到5 mol%时纳米管长度减小。随煅烧温度的升高,钛酸更容易转化成锐钛矿相;在低于500℃煅烧时不会破坏纳米管的形貌,但当煅烧温度高于500℃时纳米管开始坍塌。此外,煅烧气氛不影响纳米管的形貌。光催化试验表明,当铁离子掺杂量为3 mol%,在10 mol/L的NaOH溶液中水热反应（150℃,16 h）后酸洗,还原气氛中煅烧（400℃,2 h）获得的TiO₂纳米管的光催化效率最好（超过93%）。光催化反应过程中纳米管表面亚甲基蓝附着层厚度的变化证明了该纳米管的光催化降解行为以及可再生能力。