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随着现代工业的发展，大量废气、废水被排放到大气和江河湖海中，对空气环境和水环境造成严重的影响。传统技术不同程度地存在着效率低、处理不彻底、使用范围窄、能耗高等缺陷。TiO2半导体光催化技术是一门新兴环保技术，具有安全无毒、稳定性好、催化活性高、能耗低、可重复使用等优点。但TiO2作为光催化剂存在两个大问题:一是TiO2半导体载流子复合率高，量子效率低;二是带隙较宽，光吸收仅限于紫外光区，太阳光利用率低。 利用原子层沉积技术沉积温度低、薄膜厚度精确可控、保形性好等优势，在不同衬底温度条件下制备纯TiO2薄膜样品，且通过交替生长的方式制备N、Fe掺杂TiO2薄膜，利用椭偏仪、XRD、TEM、AFM、XPS、ICP-MS等进行样品表征，并对其在可见光下的光催化效果进行了评价。实验结果表明:TiO2薄膜生长速率与衬底温度密切相关，以Ti(OCH(CH3)2)4与H2O为前驱体制备TiO2薄膜的窗口温度为200-250℃;当衬底温度高于200℃时TiO2薄膜为锐钛矿型，低于这一温度为非晶态;薄膜的表面形貌特征参数与衬底温度有一定的关系，且N和Fe元素的掺杂试样具有较高的RMS，这在一定程度上可提高薄膜吸收光照的有效面积;XPS结果表明N原子能够进入TiO2晶体内置换O原子，形成Ti-N键;N或Fe掺杂的TiO2薄膜在可见光下的光催化性能均有较大提高，不同掺杂含量N元素的催化活性均优于Fe元素掺杂，且N元素掺杂含量对薄膜可见光催化活性影响较小，Fe元素掺杂含量在掺杂含量为3.13％时效果最好。 采用密度泛函理论广义梯度近似，分析N和Fe取代锐钛矿TiO2中O或Ti的位置，掺杂TiO2的模型结构用2×1×1、3×1×1和2×2×1的锐钛矿超晶胞修正，使N或Fe元素掺杂浓度分别为6.25％、4.17％和3.13％，并用基于密度泛函的参数进行了优化计算。结果显示:N原子2p轨道和O原子2p轨道上的电子杂化致使禁带宽度降低，N掺杂TiO2的光吸收阀值发生明显“红移”，且N元素掺杂含量为3.13％时效果最为明显。Fe元素的3d轨道分别参与了价带和导带的组成，形成了杂化轨道，并在靠近价带顶的禁带中形成了新的杂质能级，缩小了带隙宽度，致使Fe掺杂TiO2的光吸收系数阀值发生“红移”，且“红移”程度在所研究得范围内随Fe元素掺入量的增加而增大。