半导体光催化技术是近30年发展起来的新兴研究领域,它具有工艺简单,能耗低,操作条件容易控制,降解物质彻底和无二次污染等特点,在今后的生产和生活中有着广阔的应用前景。在半导体光催化材料中,TiO₂以其良好的化学稳定性,抗磨损性,低成本,无毒等特点而成为最具应用潜力的光催化剂。本文概括性地介绍了半导体光催化理论及技术研究背景,讨论了影响光催化性能的因素和提高光催化性能的方法,并对TiO₂薄膜的制备技术和方法进行比较,对其应用进行了展望。本文的主要工作:1)首先采用磁控溅射和溶胶-凝胶旋涂法,制备了掺锌TiO₂(Zn²⁺:TiO₂)薄膜,通过优化实验参数以期获得优异的光催化性能。2)其次,过渡金属离子掺杂可使其成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱,减少了TiO₂表面光至电子e^-与光至空穴h⁺的复合,从而提高TiO₂的光催化活性。故本文利用溶胶凝胶旋涂法制备了掺铁TiO₂(Fe³⁺:TiO₂)薄膜和Zn²⁺:TiO₂薄膜,并对这两种掺杂不同过渡金属离子的TiO₂薄膜性能进行了比较。3)再次,考虑到一些半导体薄膜本身具有比TiO₂更好的光催化性能,但由于存在光腐蚀,在溶液中稳定性不够,所以往往不能直接作为光催化材料。在其表面覆盖一层稳定性更好的TiO₂既可以作为保护层延缓其腐蚀,又可以形成半导体复合,抑制薄膜内光生电子-空穴对的复合提高光催化性能。因而本文利用溶胶凝胶旋涂法制备了TiO₂-ZnO和TiO₂-Fe₂O₃双层复合薄膜,并对比了这两种薄膜的光催化性能。采用场发射扫描电镜,X射线衍射仪,紫外可见光谱仪,台阶仪等分析手段对复合薄膜进行了表征。利用5mg/L的罗丹明B紫外光照下2小时降解率表征其光催化性能。并系统研究了Zn/Ti摩尔比、Fe/Ti摩尔比,退火温度以及双层复合对薄膜表面形貌结构、可见光透光率和光催化性能的影响。结果表明:1)磁控溅射法制备的Zn²⁺:TiO₂薄膜样品光透过率、对罗丹明B分解率随退火温度的增加而增加;溶胶凝胶旋涂法制备的Zn²⁺:TiO₂薄膜只检测出锐钛矿相峰,检测不出ZnO峰;可见光透过率均超过了80%;Eg随着Zn含量的增加先增加后减小;当Zn/Ti=5%时,薄膜的光催化性能最好;溶胶凝胶旋涂法制备的薄膜其（101）晶面取向更加优异,晶粒更大一些,且可见光透过率和光催化能力均强于磁控溅射法。2)用溶胶-凝胶旋涂法制备出的不同铁离子含量Fe³⁺:TiO₂薄膜,其晶相中只有锐钛矿相唯一相,未出现含Fe的衍射峰;可见光透过率均超过了80%;其光学带隙会随着铁离子的加入而出现红移,且随着铁离子含量的增加,红移现象更明显,但达到一定值后会随着铁离子含量的增加,光学带隙反而向短波长方向移动;薄膜对罗丹明B的降解率会随着铁离子含量的增加而增加,但是随着铁含量的进一步增加,薄膜的光催化性能反而有所下降;其中铁离子最佳含量为0.5%,此时的薄膜试样对罗丹明B溶液的降解率约是未掺杂薄膜试样的2倍;而比较Fe³⁺:TiO₂薄膜和Zn²⁺:TiO₂薄膜的光催化性能,Zn²⁺:TiO₂薄膜2h对罗丹明B溶液的降解率是Fe³⁺:TiO₂薄膜的2倍;3)对于TiO₂-ZnO双层复合薄膜和TiO₂-Fe₂O₃双层复合薄膜,两者均在不降低薄膜可见光透过率的前提下,得到了比单层TiO₂高的光催化性能;比较两者发现以ZnO作为埋层,没有降低TiO₂的结晶度,且对TiO₂薄膜表面形貌影响不大,而以Fe₂O₃作为埋层,会降低TiO₂薄膜的结晶度;同时TiO₂-ZnO双层复合薄膜的光催化性能明显优于TiO₂-Fe₂O₃,我们将此归因于形成的异质结能带的差异。