材料的发展影响着人类社会的进程，每一种材料的出现都有可能影响到时代的变革，而每个时期人们对生活的不同需求又会激励新型材料的不断发展。如今能源短缺、环境污染越来越严重，促使人们对新型无污染的产能材料和储能材料等有了更多的需求。　　二氧化钛，一种无毒无污染的材料，具有优越的物理和化学性能，在化妆品、涂料、光伏、光转换和储能方面有着广泛应用。它是一种宽禁带(金红石型3.0 eV，锐钛矿型3.2 eV)半导体材料，由于化学稳定性良好，已经被用作光水解制氢反应中的光阳极材料。另外，二氧化钛在嵌锂时体积膨胀率小于4％、电化学循环稳定性好，通常也被用作锂离子电池的负极材料。　　本论文主要以在不同衬底上设计和制备不同形貌和结构的氧化钛纳米材料为主线，研究了其生长机理，探讨了氧化钛/硅复合纳米结构材料在锂离子电池中的应用以及二氧化钛纳米柱阵列结构在光水解过程中的作用。主要研究的内容如下:　　第一，采用溶剂热法，在二维和三维硅衬底以及FTO（掺氟的二氧化锡透明导电玻璃）衬底上分别合成了不同形貌和结构的氧化钛。通过调节衬底有无籽晶、籽晶涂布方式、反应时间、前驱体种类、溶液浓度以及反应温度等条件，实现了形貌和结构可控的氧化钛纳米结构的制备，并进一步研究了其反应过程和机理。　　第二，在以上材料制备基础上，构建了优化的三维氧化钛/硅纳米柱阵列复合结构，并对其作为微型锂离子电池负极材料的电化学性能进行了研究。借助于复合材料中二氧化钛的体积限制效应和三氧化二钛的导电桥梁作用，此复合三维纳米阳极材料表现出比平面硅或三维硅纳米柱阵列结构均较好的倍率性能，并且，在大电流密度300μA cm-2下实现了较高的放电容量和循环稳定性(250个循环后放电容量仍可保持在240μAh cm-2)。此工作，为其他复合电极材料体系的设计提供了思路，也为进一步构建可集成的微型电池体系奠定了基础。　　第三，进一步优化材料合成过程，实现了在FTO衬底上二氧化钛纳米柱阵列的可控制备，并研究了其在光水解过程的作用。通过实验发现，在无籽晶层衬底上，优化前驱体的比例（钛酸四正丁酯∶水∶盐酸=0.3∶10∶10(体积比)），控制加热温度为200℃C时，二氧化钛纳米柱以金红石型均匀分布，并获得了最优化的光电化学性能，可实现6.0×10-4 A/cm2左右的稳定光电流响应。这一初步工作，为今后进一步的优化二氧化钛复合材料体系的光电化学特性，拓展其在光水解制氢方面的应用奠定了基础。