开发可再生能源的高效利用和存储方式是解决全球日益严峻的能源短缺问题的有效手段。光催化作为太阳能利用的一种极具潜力的新型技术，可以将太阳能转化成化学能，在过去几十年越来越受到重视。另一方面，锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、工作寿命长和无记忆效应等优点，作为一种重要的储能器件被广泛应用于多种领域。TiO2作为一种重要的光催化和锂离子电池负极材料，一直是重点研究对象。TiO2光催化材料存在光催化效率低的缺点，TiO2的表面特性是影响光催化效率的重要因素。对于TiO2锂离子电池负极材料来说，TiO2的导电性较差，影响了脱嵌锂过程中锂离子在TiO2晶格内的扩散，需要提高TiO2的导电能力以及合成纳米级的样品，以改善锂离子和电子在材料表面及内部的传输，减小锂离子和电子在材料内部的传输距离。本论文以构建活性晶面和调控形貌为基础，通过调控表面原子结构和电子结构来提升TiO2的光催化活性。通过异质原子对TiO2进行掺杂，提高TiO2的电学特性，进而改善TiO2作为锂离子电池负极材料的倍率性能。　　采用新的合成路线，利用F-和PO43-作为形貌控制剂，制备出单晶空腔和类单晶空腔锐钛矿TiO2。研究发现，由于载流子体相扩散距离的减小和比表面积的增大，相比于实心样品，空腔结构样品在光解水产氢和产氧以及光还原CO2产甲烷方面的性能得到提升，并且单晶空腔和类单晶空腔对于有牺牲剂存在条件下光解水反应存在催化选择性。另一方面，利用生长了种子的模板，制备出介孔单晶金红石TiO2，所得介孔单晶TiO2在光催化活性，特别是光电解水性能方面获得明显的提升。介孔单晶结构对于促进电子长程输运，提供丰富的反应活性位以及增强吸光率方面所带来协同效应是性能提升的原因。　　以硼化钛为钛源，在氢氟酸溶液中，加入硝酸根形貌调控剂，水热合成了{101}晶面占优的锐钛矿TiO2颗粒，并对其进行600℃热处理。研究发现:硝酸根的存在弱化了氟离子对于锐钛矿TiO2{001}晶面的稳定作用，合成了{101}晶面占优的锐钛矿TiO2颗粒。热处理前，TiO2颗粒的{101}表面有氟元素的存在而无硼元素，形成了氟元素掺杂的{101}晶面。热处理后氟元素被去除，TiO2颗粒内部的硼元素扩散到颗粒表面，形成了硼元素掺杂的{101}晶面。不同的异质原子对于锐钛矿TiO2{101}晶面的掺杂改变了材料的表面电子结构，带来了光催化选择性的改变，使得两种TiO2颗粒在光降解以及光分解水产氢和产氧方面具有不同的催化性能。　　通过三步合成的方法得到了N/S共掺杂的TiO2，N和S分别位于TiO2体相和表层，形成核壳结构。其中，N和S取代了晶格氧的位置。N/S共掺杂有效的降低了TiO2的电阻，相比于N掺杂和未掺杂的TiO2，虽然N/S共掺杂的样品粒径更大，但是其高倍率下的锂离子存储性能要优于前者。10C下，N/S共掺杂的TiO2的比容量达到63.5 mAh/g，分别是未掺杂TiO2和N掺杂TiO2的的17倍和3.5倍。