TiO2作为一种性质稳定、无毒无害、价格低廉的材料，在环境、能源等方面具有十分广泛的用途。例如在光催化领域，TiO2作为光催化剂已广泛应用在光降解、光合成、光解水等方面;在光电转化领域，TiO2已经作为重要成分应用在敏化太阳能电池的制备中;在拉曼光谱领域，TiO2因具有表面拉曼增强散射性质而备受关注。然而TiO2还存在着一些缺点，如无法吸收可见光，光生电子复合率高，拉曼增强因子低等。因此为了克服上述缺点，本论文制备了高效TiO2光催化剂和高检测灵敏度的TiO2拉曼基底，并对其改性机理做了深入研究，具体工作如下:　　(1)本文通过采用MCF作为载体，葡萄糖作为碳源，NH4F作为疏水改性剂，制备了一种新型的疏水性可见光催化剂C-TiO2/MCF-F。通过X射线衍射、氮气吸脱附、透射电子显微镜等表征了TiO2颗粒均匀负载在MCF的孔道中，这种高度分散的TiO2具有更高的光催化活性。紫外可见漫反射和X射线光电子能谱证明了碳原子取代了Ti原子掺杂进入TiO2的晶格内部，并窄化其禁带宽度，从而大大提高了光催化剂的可见光活性。水接触角测试和X射线光电子能谱证明了催化剂被成功地疏水改性了，而且Si-F键是疏水改性基团。由于上述三种因素的协同作用，制备的光催化剂对污染物具有很高的吸附能力以及可见光降解活性。　　(2)本文采用MCF为载体，石墨烯为复合物，NH4F为疏水改性剂，制备了一种石墨烯复合疏水光催化剂RGO-TM-F。通过X射线衍射、氮气吸脱附、透射电子显微镜等表征了样品的形貌，实现了石墨烯、TiO2、MCF三者的复合。通过固体荧光光谱、光电流测试证实了石墨烯可以抑制TiO2光生电子空穴的复合。XPS表征说明疏水改性在载体MCF表面生成了Si-F键。另外，石墨烯和疏水性质增强了样品对污染物的吸附，提高了样品的光催化活性。　　(3)本文通过采用不同尺寸的聚苯乙烯小球阵列作为模板，制备了一系列孔径不同的TiO2反蛋白结构光催化剂，再经过简单的真空加热处理，制备了Ti3+掺杂的TiO2反蛋白石光催化剂，并对光催化剂进行了X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射、电子顺磁共振、扫描电子显微镜等表征。表征结果显示反蛋白石光子晶体的慢光效应（物理改性）和Ti3+的掺杂（化学改性）共同提高了催化剂对可见光的吸收，从而大大提高了催化剂对污染物的可见光降解能力。　　(4)本文制备了具有高拉曼增强活性的TiO2光子晶体基底，而且该基底可以在太阳光照射下自清洁。通过表征发现，该基底优异的拉曼检测活性来源于其光子晶体结构，激光可以在其中形成多次散射，从而大大增强了其拉曼信号强度。另外，本文首次发现了光子禁带位置与拉曼检测强度的关系:当激光波长位于光子禁带中心时，拉曼检测灵敏度最低;当激光波长位于光子禁带边缘时，形成慢光效应，拉曼检测灵敏度最高。　　(5)本文将上述TiO2光子晶体拉曼基底用于监测4-硝基苯硫酚的还原反应。该反应的主反应是4-硝基苯硫酚还原为4-氨基苯硫酚，采用传统的贵金属拉曼基底会在监测时引起4，4'-对巯基偶氮苯的产生。由于该光子晶体基底的多重散射效应，其对反应物和产物均有较强的检测能力。另外，由于TiO2光子晶体基底对反应中各物质都没有反应活性，因此可以无干扰地监测反应。　　(6)本文制备了介孔、大孔、介孔-大孔复合三种形貌的TiO2，并将其用于制备染料敏化太阳能电池中，实验结果表明介孔-大孔形貌的TiO2电池光电转化效率最高，这是由于其具有相互连通的大孔以及介孔孔道，非常有利于染料的吸附，也有助于TiO2与电解液之间的电荷传递。作为参比样品的介孔TiO2样品，虽然其比表面积最大，但是其染料吸附量与电池效率均为最低，说明在染料敏化太阳能电池中，构建开放畅通的孔道结构有利于电池效率的提高。