TiO₂作为一种廉价、环保、已被大规模商业生产的半导体材料,一直受到科学家的广泛关注。然而,受限于本身较宽的禁带宽度和较高的载流子复合概率,TiO₂在光电和光催化领域的应用还远没有达到预期效果。针对上述缺陷,本文使用两步氧化法在钛片上制备大规模有序的纳米管阵列,随后通过水热法在TiO₂表面原位生长钛酸铋异质结。在异质结的作用下,样品的光电及光催化性能得到改善。本论文的主要研究结果有:1.采用两步阳极氧化法制备大规模有序的纳米管阵列,实现了二次氧化过程中纳米管的定向生长。通过调整氧化时间、电解液浓度和氧化过程,得到了较好的纳米管形貌及其反应参数。2.采用水热法制备Bi₂Ti₂O₇、Bi₄Ti₃O₁₂-TiO₂异质结构。通过改变水热反应中的pH值和水热温度,实现了对钛酸铋异质结的物相、尺寸、形貌和分布密度的改变。3.搭建Bi₂Ti₂O₇、Bi₄Ti₃O₁₂-TiO₂异质结构的染料敏化太阳能电池,并测试了其光电性能。结果表明负载异质结后的电池转化率提高了 1.3倍。4.研究了Bi₄Ti₃O₁₂的铁电特性对光电性能的影响。将Bi₄Ti₃O₁₂-TiO₂样品分别施以不同的外加电场后,其光电性能发生变化。结果表明合适方向的外加极化电场能促进铁电体中内建电场的形成,进而对载流子的输运产生了积极作用。5.研究了 Bi₂Ti₂O₇、Bi₄Ti₃O₁₂-TiO₂样品的光催化能力,证明了异质结对光催化性能的提升。6.本文还初步研究钛酸铋异质结对TiO₂能带结构的影响,分析了能带级联对载流子输运的促进作用,探讨了异质结对提高载流子寿命的意义,对比了铁电体的内建电场在载流子分离过程所扮演的不同角色。