自1972年Fujishima和Honda发现金红石TiO₂单晶薄膜电极在紫外光照射下可分解水及1977年Bard等人将光电化学理论扩展到光催化降解有机污染物以来，TiO₂薄膜在基础研究和实际应用方面引起了研究者们广泛的关注，并在环境净化和光电转换领域展示出巨大的科学研究价值及市场推广应用价值。其中，TiO₂薄膜的制备及固载化技术已经成为保证TiO₂薄膜走向实际应用的核心技术。在众多TiO₂薄膜制备技术中，以钛板为基底的阳极氧化法或碱化学腐蚀法备受青睐，原因主要在于以下优势：（1）操作简单，条件温和；（2）膜层与衬底粘附力强；（3）导电性能好；（4）结构、形貌丰富可调。本论文主要围绕钛板为基底的TiO₂功能薄膜展开研究，考察一系列制备条件和外部环境对TiO₂纳米结构形貌的影响，探究TiO₂薄膜的结构与光催化性能之间的关系。工作主要概括为以下两个方面：（1）借助简单碱化学腐蚀钛板技术在Ti板上构建TiO₂纳米结构。通过调节碱环境下水热腐蚀钛板的反应时间，观察到了钛酸钠纳米管向纳米片的演变过程。进一步经过离子交换及不同温度下的退火处理，最终得到了二维开放结构的TiO₂超薄纳米片阵列薄膜。结构分析表明纳米片厚度约20nm，膜厚度约为6μm，并且具有新颖的anataseTiO₂/TiO₂（B）的异质结构。光催化性能测试表明该TiO₂超薄纳米片阵列结构在紫外光激发下光催化活性优于具有相同厚度的Degussa P25涂层和阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列，这主要是取决于样品高的比表面积，高的结晶质量及anatase TiO₂/TiO₂（B）异质结构的协同作用机制。（2）以钛酸盐为前躯体，利用水热方法制备出富含高能{100}晶面的锐钛矿相TiO₂纳米棒薄膜。通过简单调控添加氯化钠溶液的浓度，成功实现了对TiO₂纳米棒的尺寸和形貌的精细调控。通过XRD，SEM，TEM等表征手段对样品的结构特性及生长机制进行了研究。研究表明，富含高能{100}晶面的TiO₂纳米棒的形成与Na⁺诱导的钛酸相变受阻及Cl^-在锐钛矿TiO₂{100}晶面选择性吸附有关。光催化测试表明富含{100}高能晶面的TiO₂纳米棒具有较{101}低能晶面暴露的菱形锐钛矿TiO₂纳米粒子更好的光催化活性。