本论文综述了磁控溅射技术和二氧化钛基薄膜的研究进展，以此确定了研究思路，用反应磁控溅射技术制备了一系列的二氧化钛基薄膜，研究了它们的组成、结构、性能及其相互关系，并通过调控工艺参数、使用后处理手段、实施金属掺杂、引进多层和多孔结构、构造晶面工程等手段，有效地改善薄膜的光催化性能，详细地探讨薄膜的润湿机制，以及初步地分析薄膜的室温铁磁性由来。主要研究结果和结论如下:　　1.在低温下，基底偏压的变更能实现对TiO2薄膜的晶相组成和取向的精确控制，且调查了不同晶相TiO2薄膜的光学性质和光催化性能之间的差异。接着，在低温下制备了平坦且疏水的TiO2薄膜，探讨了其疏水性是由表面完整的Ti/O化学计量比和碳氢化合物的吸附所共同导致的。同时，发现此类薄膜在变更光照和黑暗条件下能实现超亲水与疏水的可逆转变。最后，在低温和无表面形貌控制剂下用直流磁控溅射沉积了以{001}晶面为主的自掺杂TiO2薄膜。由于Ti3+缺陷和高能晶面{001}的协同作用，此薄膜在可见光照射下具有优异的光催化活性。　　2.对TiO2薄膜进行金属(Al、Cu)掺杂，制备了TixCu1-xO2薄膜和Ti-xAlxO2薄膜。其中，Cu掺杂薄膜的晶相结构、微观结构和能带结构显著地受Cu掺杂浓度的影响，从而明显地改变了薄膜的润湿性和光催化活性。然而，Al掺杂只是轻微地影响TiO2薄膜的结构和性能。此外，TixCu1-xO2薄膜显示了室温铁磁性，其产生是归结于晶粒间的边界缺陷形成了束缚磁极化子效应，而薄膜的饱和磁矩与氧空位的缺陷数量相关。最后，真空退火处理对TixCu1-xO2薄膜的成分、结构和性能有显著影响。　　3.设计和制备了TiO2(R)/VO2(M)/TiO2(A)多层薄膜作为智能玻璃，其同时具有节能、防雾和自清洁的功能。其中，底部TiO2(R)层的晶相结构为金红石相，主要作为缓冲层、减反层和单斜晶相VO2的子晶层;中间VO2(M)层显示了混合的多相结构，其中单斜晶相具有太阳光调节能力，而表现出节能效果;顶部TiO2(A)层是以锐钛矿相为主的多相结构，其具有防雾和自清洁的功能，同时能阻止VO2(M)层的氧化和起到增透减反的作用。　　4.以多孔Al2O3陶瓷片为基底，制备出负载和未负载Pd合金纳米球的黑色TiO2多孔薄膜。黑色TiO2层或膜是由Ti3+和氧空位所致，而Pd合金纳米球包含Pd元素、Mg元素和Ni元素，其中Pd元素的原子比大于其它两元素的原子比之和，且Pd合金纳米球表面有部分区域的MgNi和Pd被氧化。黑色TiO2层或膜为柱状晶结构，Pd合金纳米球的直径在纳米级范围。负载和未负载的多孔薄膜对不同的染料显示了不同的光催化降解能力。负载Pd合金纳米球的多孔薄膜的产氢效率达到34.93 mmol·h-1·g-1，转换频率为0.036 s-1，具有优异的光催化活性和太阳能利用率。这是归结于黑色TiO2层的光激发电子和空穴的表面重合被完全抑制。