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TiO2具有价格便宜、无毒、原料易得、抗光腐蚀性、化学稳定性高等优点,是目前研究最为广泛的半导体光催化剂之一。TiO2可应用于光催化分解水制氢、降解污染物或太阳能电池等多个方面。但TiO2禁带宽度较宽,仅吸收紫外光,对太阳能的利用率很低,限制了其在太阳能利用领域的实际应用,因而对TiO2进行各种修饰掺杂以提高其在可见光下光电转换效率的研究是当前的热点课题。本论文采用反应磁控溅射、阳极氧化和电泳沉积等多种方法制备了碳或氮掺杂的TiO2薄膜,考察了薄膜的晶体结构、表面形貌、电子结构、光吸收性能以及光电化学性能。通过引入碳或氮元素,减小了TiO2薄膜的禁带宽度,提高了TiO2薄膜的可见光光电性能。论文的主要研究成果如下：1.利用直流反应磁控溅射法制得TiNX薄膜,然后通过热氧化TiNX薄膜成功制备了氮掺杂的TiO2薄膜,通过调节溅射时的氮氩体积比控制薄膜中的N含量。研究表明：所得TiO2薄膜均为锐钛矿相,并具有粗糙的表面形貌。光吸收谱显示氮掺杂TiO2薄膜对光的吸收有红移,禁带宽度从纯TiO2的3.36 eV减小到了3.12 eV。所制得的氮掺杂Ti02薄膜电极在可见光下均显示了光电响应,这与光吸收谱的结果吻合。在氮氩体积比(N2／(N2+Ar))为33%时溅射所得的样品具有最高可见光光电流密度,相比纯TiO2薄膜,0V时氮掺杂的TiO2薄膜可见光下光电流密度由0.29μA／cmz上升到了最高10.71μA／cm2,提高了37倍。2.利用直流磁控溅射法制得TiCX薄膜,然后通过阳极氧化TiCX薄膜的方法制备了具有可见光活性的碳掺杂多孔状的TiO2薄膜,对薄膜进行了SEM、EDS、XRD、漫反射光谱、光电流测试,分别研究了TiO2薄膜的表面形貌、结晶情况和禁带宽度及其相应的光电性能。结果表明,该方法制得的薄膜为锐钛矿相多孔状薄膜,碳的引入使得薄膜的光吸收边由原来的380 nm向可见光方向红移至554 nm。相比纯Ti02薄膜,0 V时碳掺杂的TiO2薄膜在可见光下光电流密度由0.53μA·cm-2提高到了1.58μA·cm-2,可见光下光电响应提高了3倍。3.首先利用电泳沉积的方法制备了TiC薄膜,然后通过空气中直接热氧化所得TiC薄膜的方法制备了具有可见光光电活性的碳掺杂TiO2薄膜。XRD测试证实了该方法下Ti片表面TiC薄膜的形成,EDS以及XPS测试表明较高温度下热氧化得到的样品中C的含量较小,且C原子是以Ti-C键的形式掺杂进TiO2晶格中。研究了沉积电压以及热氧化温度对TiO2薄膜可见光下光电性能的影响,结果表明,沉积电压较大或热氧化温度较低时所得薄膜的可见光光电性能较好。相比纯TiO2薄膜,在沉积电压为13.5 V,热氧化温度为350℃时所得碳掺杂的TiO2薄膜0V时在可见光下光电流密度提高了4.2倍。本文提出了多种制备碳或氮掺杂TiO2薄膜的方法,所得薄膜的碳或氮掺杂量均可以调节,且具有大批量可复制性,具有一定的工业应用价值,为TiO2薄膜应用于高光电活性的太阳能光解水制氢等方面提供了可行的思路。