半导体二氧化钛(TiO2)纳米材料因高化学稳定性、无毒、对环境友好性、耐酸碱性及宽的禁带宽度等优势,在染料敏化太阳能电池、锂电池、光催化、防雾和自清洁等领域备受越来越多的关注。此外,纳米材料的尺寸和维度也成为材料的制备与应用考虑的关键因素。由一维TiO2纳米结构单元组装成的具有特定尺寸和形貌的三维纳米结构,因其综合了一维和三维材料的结构特性,因而在染料敏化太阳能电池和光催化等领域表现出新的优越性能。所以,具有特定形貌的三维TiO2纳米材料的制备及应用已然成为纳米材料领域研究的重点内容之一。本文采用溶剂热方法在不同的溶剂体系中合成了不同形貌的三维TiO2纳米材料,并对材料的光催化性能与光电性能进行研究。主要的研究内容如下：1.以钛酸四丁酯和四氯化钛作为钛源的混合前驱体,在三种不同的非极性溶剂与水组成的体系(正己烷-水、氯仿-水和正己烷-水)中,在无需添加任何添加剂和模板的条件下,采用溶剂热法合成了具有由一维纳米棒组装而成具有不同形貌的三维Ti02纳米材料。讨论溶剂的性质及液-液界面的表面张力对自组装成的材料的微观结构和形貌的影响机制。发现只有在环己烷-水体系中获得了形貌完美的三维海胆型TiO2纳米材料。分析了在上述三种不同溶剂体系中合成的三维Ti02纳米材料的光催化性能,由于其特殊的维度尺寸和形貌,都能够表现出对光的强的散射能力,同时又利于光生量子的运输,所以均比商业型的P25表现出更优的光催化活性,不过,其中三维海胆型Ti02纳米材料的光催化活性最高。2.讨论了在环己烷-水的体系中,反应温度、反应时间、各前驱体浓度、溶剂体积对三维TiO2纳米材料的晶体结构和形貌的影响,找出了合成由一维纳米棒组装成三维海胆型TiO2纳米材料的最佳实验参数：四氯化钛的质量分数为50wt.%、钛酸四丁酯的体积为5 mL、环己烷体积为30 mL、反应时间为18小时和反应温度为150℃。并以时间为变量探讨了一维纳米棒单元组装成三维海胆型TiO2微球的可能过程：纳米颗粒聚集形成生长中心——纳米颗粒的吸附形成纳米棒——自组装——再生长；最终讨论了上述各实验因素的影响机制。3.根据在不同溶剂体系中获得的不同三维TiO2纳米材料的光学性能分析表明,三维Ti02纳米材料的几何形貌对TiO2阳电极光电性能起着关键性的影响。在环己烷-水体系中,通过改变温度来控制一维纳米棒组装成的三维Ti02微球的形貌。其低维度的纳米棒组装成的三维海胆型Ti02微球具有最好的光电性能,其所组装成的染料敏化太阳能电池的光电性能参数是最高的：电流密度(Jsc):20.5 mA/cm2,开路电压(Voc)：0.98V、填充因子(FF)：0.43、总光电转换效率高达8.04%,其主要的原因在于这种特定的微观结构,不仅具备了较高的比表面积,同时也具有了对光较强的散射能力,组装单元纳米棒有助于光生载流子的形成和快速传输。