二氧化钛纳米材料因其高生物相容性、良好的光稳定性、高储能性能等优势而被人们应用于生物移植、光催化和电池储能领域,但人们对其电子结构在应用中的变化机理的理解仍旧不完全。本文利用同步辐射技术中的X射线吸收光谱(XAS)研究了二氧化钛纳米材料的电子结构,通过对纳米尺度下二氧化钛材料的电子结构的解析,阐述其在实际应用中的工作机理。研究的主要内容包括:(1)二氧化钛纳米管的晶型对其表面沉积具有生物活性的磷酸钙的晶型的影响,以及循环浸泡法对二氧化钛纳米管表面沉积磷酸钙的晶型的影响。二氧化钛纳米管阵列通过电化学阳极氧化法制备,为磷酸钙结晶提供理想基底,循环浸泡法预处理二氧化钛纳米管阵列后,采用仿生沉积法制备二氧化钛纳米管表面的磷酸钙化合物。通过XAS表征技术,结合其他实验室基本表征方法,我们分析了二氧化钛纳米管上沉积磷酸钙的化学组成结构,我们发现,磷酸钙覆盖层中含有羟基磷灰石、磷酸八钙、二水合磷酸氢钙和无定型磷酸钙。以金属钛片为基底的无定型二氧化钛纳米管和锐钛矿型二氧化钛纳米管分别作为磷酸钙沉积的基底,研究不同晶型二氧化钛纳米管基底对磷酸钙的晶型的影响,我们发现基底晶型以及生物沉积时间对磷酸钙的晶型起着重要作用。另一方面,对于以锐钛矿型二氧化钛纳米管作为磷酸钙沉积的基底时,不同浸泡次数制备的磷酸钙的组分不同。这些发现对于制备更加适合生物移植的植入体提供了重要指导。(2)不同晶型二氧化钛纳米线的电子结构研究。用水热法制备二氧化钛纳米线后,再用不同温度煅烧处理,我们发现纳米线经历了从钛酸转变为青铜矿型二氧化钛,再转变为锐钛矿型二氧化钛的相变过程。通过XAS和X射线激发谱(XES)表征技术,我们分析了不同晶型二氧化钛纳米线的电子能带结构,我们发现异质结构的二氧化钛纳米线的能带带隙比纯二氧化钛纳米线的更低。(3)二氧化钛纳米线在钠电池内的电子结构变化。水热法制备二氧化钛纳米线后,用作钠电池的电极材料,我们发现不同晶型的二氧化钛纳米线的表现不同的电化学性能。通过XAS表征技术,结合实验室基本表征方法,我们分析了钠电池中钠离子对二氧化钛纳米线电子结构的影响,我们发现钠离子嵌入青铜矿型二氧化钛纳米线后,其晶体结构产生较大扭曲变形,钠离子嵌入锐钛矿型二氧化钛纳米线后,其晶体结构变化不大,两种不同晶型的二氧化钛纳米线钠离子化后的结构变化的差异导致其电池性能的差异,使得青铜矿型二氧化钛纳米线比锐钛矿型二氧化钛纳米线更适合作钠电池的电极材料。