二氧化钛是一种半导体材料,具有良好的光稳定性,在光伏器件和光催化领域有极大的应用潜力。二氧化钛具有多种晶体结构,例如,锐钛矿型、金红石型、斜锆石型、铌铁矿型等。每种晶型都有各自独特的物理和化学性质,在一定条件下,晶型之间会出现相转变。因此研究相变条件和相变机理,以及相变过程对于二氧化钛结构和光学性质的影响具有重要意义,是设计新型材料以及探索其应用的关键。本文采用原位拉曼光谱和同步辐射X射线衍射对不同形貌的二氧化钛在高压下的相变进行研究,并利用X射线近边吸收光谱和X射线激发光光谱研究高温诱导二氧化钛相变过程中的电子结构和发光性质。研究的内容主要包括:(1)二氧化钛空心和实心微米球在高压下的相变。通过一步水热法合成锐钛矿型二氧化钦微米球,控制实验条件可分别得到二氧化钛实心和空心结构。原位拉曼光谱和同步辐射X射线衍射表明,二氧化钛空心和实心微米球都经历了类似的锐钛矿-斜锆石-铌铁矿的相变过程。二氧化钛空心球的相变压力高于二氧化钛实心球的相变压力。二氧化钛中空结构通过自身的坍塌来抵消部分压力,延后相变的发生。二氧化钛空心球和实心球的高压形貌变化为球形高压形貌变化提供了直观证据。(2)氟掺杂二氧化钛纳米花在高压下的相变。用一步水热法制备氟掺杂二氧化钛纳米花,其直径在1.2 μm-2 μm范围内。原位拉曼光谱表明在加压时,氟掺杂二氧化钛纳米花由锐钛矿相转变为铌铁矿相,卸压后样品的晶相仍为铌铁矿相。氟掺杂二氧化钛纳米花的相变压力较低,与二氧化钛体材料近似。其高压相变主要受尺寸影响,形貌已不再是其高压行为的决定性因素。(3)反蛋白石结构二氧化钛的高温相变和荧光性质。运用模板法制备反蛋白石结构二氧化钛,用不同的温度对其进行煅烧处理。X射线近边吸收谱表明反蛋白石结构二氧化钛在高温下电子能带间隙变宽,并从锐钛矿相转变为金红石相。反蛋白石结构二氧化钛的荧光性质与二氧化钛在高温下的相变有关。X射线激发发光光谱表明锐钛矿型二氧化钛的荧光峰出现在绿光区域,而金红石型二氧化钛的荧光峰出现在近红外区域。混合相的反蛋白石型二氧化钛中,锐钛矿相和金红石相的荧光峰的强度相当,对二氧化钛光催化研究具有重要意义。