二氧化钛（TiO₂）因其优异的物理、化学性质被广泛应用于太阳能电池、气敏传感器、光催化和光电探测器等半导体功能化领域,是当今半导体材料研究领域的明星材料。然而目前Ti O₂基功能化材料的性能还无法满足实际应用,还存在很多亟待解决的问题,如光电转换效率低、气敏操作温度高、开关比低等。因此,本文将针对以上问题,通过形貌调控、能带工程、材料复合和器件设计等手段来研究新型Ti O₂基功能化材料、优化Ti O₂基功能化材料的性能。具体研究内容如下:第二章通过水热法和连续离子层吸附反应法基于FTO导电玻璃原位合成了Cd S量子点/Zn O纳米棒/Ti O₂纳米片分级异质结构薄膜作为光电化学太阳能电池的光阳极材料。实验表明,复合Zn O纳米棒能够明显增加比表面积;敏化Cd S量子点可以显著提高光吸收能力;Ti O₂纳米片、Zn O纳米棒和Cd S量子点三者间形成的异质结能够有效地促进了光生载流子的迁移和分离。此外,值得注意的是,Zn O纳米棒倾向于只生长在Ti O₂纳米片的低能的{101}面上并能够构建特殊的能带结构,这种能带结构能够有效缩短电子传导路径,并提供更大电荷驱动力以促进光生电子-空穴对的分离。在以上各结构的协同作用下,性能最佳的Cd S/Zn O/Ti O₂分级异质结构薄膜的短路光电流密度达到了12.1 m A/cm²,相比单一的Ti O₂薄膜取得了巨大的提高。第三章设计了一种激光刻蚀处理的FTO导电玻璃作为气敏测试电极,并基于该电极原位生长了Ti O₂纳米棒材料作为气敏材料,继而制备了一种新型Ti O₂基气敏元件。由于FTO电极的基底变化产生的多方向的力的协同作用,Ti O₂纳米棒表现出了特殊的双层桥状形貌。气敏测试表明,在不同的生长时间获得的所有样品在室温下对低浓度NH₃均具有出色的气敏响应。其中,生长时间为6 h的Ti O₂纳米棒气敏元件对100 ppm NH₃的气敏响应最高,其响应值可以达到102%。此外,本工作讨论了特殊双层桥状形貌的生长机理、气敏反应机理以及湿度对气体传感性能的影响,并对气敏元件对NH₃出色的选择性提出了合理的推测。第四章通过水热方法在FTO导电玻璃表面原位生长TiO₂纳米棒阵列薄膜,并使用夹具在上述样品表面固定另一侧FTO导电玻璃作为对电极,制备了一种三明治结构的光探测元件。该光探测元件可以在0V的工作电压下探测紫外光线,具自供电的优点。对电极材料对光探测性能的影响被探究。在采用Ni片作为对电极时,光探测元件对紫外光线的开关比相比FTO作为对电极时从67倍提高到了638倍。本工作提供了一种简单的不对称金属-半导体-金属（MSM）型光探测元件的制备方法,并取得了提高的光探测性能,可为新型光探测元件的制备和光探测性能的提升提供一种可能的思路。