溶膠-凝膠法是近年來廣泛采用的一種納米制法。反應以鈦酸丁酯為原料，經水解、縮聚得到粒徑為10～25nm的二氧化鈦顆粒。
在溶膠-凝膠法中，均勻穩定的溶膠是制備性能良好光催化劑的先決條件。由于鈦酸丁酯極易水解，甚至會吸收空氣中少量的水分而發生水解，生成水合二氧化鈦沉淀。因此，在溶膠的制備過程中，需要加入適量的酸來抑制水解，比較常見的是采用鹽酸。將鈦酸丁酯滴加到無水乙醇中，在強烈攪拌下滴加蒸餾水，生成白色沉淀，再加入適量的鹽酸，超聲振蕩15 min，沉淀逐漸溶解成半透明的溶膠。把得到的溶膠置入60℃的烘箱中，6h后取出。室溫下老化2～3天，形成凝膠。把凝膠研磨、清洗、干燥，得超細干粉。于540℃下在馬弗爐里焙燒0.5h，取出后繼續研磨，得到二氧化鈦。
以鈦酸四丁酯為原料，乙醇為溶劑，冰醋酸為抑制劑，按一定比例配成溶膠，放置一段時間后形成凝膠。經烘干、碾磨，500℃煅燒可制得納米二氧化鈦粉體。
在溶膠-凝膠法制備二氧化鈦的過程中，加入鈦酸丁酯和無水乙醇之后直接加入所需量的鐵離子溶液，混合攪拌均勻后再加入蒸餾水和鹽酸，后續過程與溶膠-凝膠法制備二氧化鈦的過程相同。用此方法可使鐵離子直接進入二氧化鈦晶格，操作也很簡單。
（1）以鈦醇鹽為原料，可以避免以無機鹽為原料的陰離子污染問題，且醇鹽易于通過蒸餾提純，所以制得的納米二氧化鈦粉體純度好，能適用于對粉料純度要求高的應用領域。采用溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦的具體操作為：將Ti（SO4）2配制成濃度約為0.8mol/L的溶液，緩慢滴加等反應量的3.2mol/L NaOH溶液，生成白色沉淀，離心洗滌6～7次，再用一定量的硝酸溶液溶解至pH值為1。然后加入定量的聚乙二醇（PEG，分子量20000），于60～90℃加熱蒸發，除去水分，在120℃烘箱中干燥得干凝膠，在500℃馬弗爐灼燒2h，得到白色的納米二氧化鈦晶體。
（2）準確量取一定量的鈦酸丁酯，按不同的體積比緩慢滴入無水乙醇中，不停攪拌使之充分混合。加入少量的HNO3抑制鈦酸丁酯的強烈水解。然后將乙醇加水的混合液緩慢滴入鈦酸丁酯溶液中，加水量按n（水）∶n（鈦酸丁酯）=4∶1計，并不停地攪拌，直至反應物完全混合。通過水解和縮聚反應而制得溶膠，進一步縮聚而制得凝膠。在溫度為50℃烘箱中干燥得到干凝膠。經充分研磨后，放入坩堝，在馬弗爐中以2℃/min速度升溫，加熱至150℃并保溫2.0h，制得活化的納米二氧化鈦催化劑。將二氧化鈦粉末進一步研磨，粒度為74μm過篩后待用。
（3）將定量的四氯化鈦溶于無水乙醇形成溶液A，氫氧化鉀和三乙醇胺（TEA）溶于無水乙醇形成混合溶液B，反應物的摩爾比為TiCl4∶KOH∶TEA=1∶4∶0.8。把混合溶液B緩慢滴入溶液A中，并不斷劇烈地攪拌，形成白色的沉淀，然后離心分離混合液，得到上層清液Ti（OH）4·TEA，向清液中滴加60℃的去離子水并不斷攪拌，最終形成白色的膠體，離心分離后，將得到的膠體移至微波加熱反應釜中，加入一定量的去離子水，進行微波水熱晶化反應。將反應后的膠體離心分離，依次用去離子水、乙醇濾洗數次，真空干燥，得到二氧化鈦粉末。
