【摘 要】
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TiO2是一种宽带隙的半导体材料，常见的有锐钛矿和金红石两种晶型，常规块体材料的禁带宽度为3.2 eV，因具有独特的光物理和光化学性质，其在光电子学、光电化学、光催化降解有机物、
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TiO2是一种宽带隙的半导体材料，常见的有锐钛矿和金红石两种晶型，常规块体材料的禁带宽度为3.2 eV，因具有独特的光物理和光化学性质，其在光电子学、光电化学、光催化降解有机物、以及能源等领域有广泛的应用。然而，本征TiO2材料非平衡载流子复合速率过快，导致其在使用太阳光进行光催化、对污染物降解、以及光电转换时所表现的光学效率均不太理想，也在一定程度上限制了TiO2材料的广泛应用。通过对本征TiO2材料进行掺杂是解决上述问题一个行之有效的方法，可有效大幅提高材料的光学效率。 本论文的主要工作是采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法，以石英玻璃为衬底，制备了Ni2+掺杂摩尔百分比浓度为0.0％，0.5％，1.5％和3.0％的TiO2∶ Ni纳米薄膜，然后分别在350-600℃温度下进行2-6.5 h的热退火处理，获得了结晶性能优良的TiO2∶Ni薄膜。借助X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光透射光谱(UV-Vis Transmission spectrum)、光致发光（Photoluminescence Spectra）等测试手段，我们系统地进行了Ni2+掺杂浓度、退火温度以及退火时间等制备工艺对TiO2∶Ni薄膜性能（如结构、表面形貌和光学性质等）的影响研究。 通过对实验的系统分析，结果表明:(1) Sol-Gel法制备的TiO2∶ Ni薄膜为锐钛矿晶体结构，Ni2+的掺杂阻碍了无定型的TiO2向锐钛矿相的转变;(2) Ni2+掺杂使得TiO2薄膜的起始吸收边发生了明显的红移，甚至将吸收带扩展到了可见光范围之内;(3) Ni2+掺杂导致422nm处的带间直接跃迁发光峰发生3-5 nm的蓝移，可能是由Ni纳米团簇的量子限制效应所致;当掺杂浓度为1.5％时，观察到深能级上杂质态发光峰;(4)随退火温度的适当升高或退火时间的延长，XRD谱图中TiO2衍射峰的半高宽减小、强度增强，TiO2∶Ni纳米晶粒的尺寸逐渐增大。 在本论文中还用相同的工艺分别制备了Ag+、Cu2+掺杂TiO2薄膜，并对其结构和性能展开了详细的分析，结果表明:(1)Ag+的掺杂阻碍了TiO2薄膜锐钛矿晶粒的生长，减小了薄膜表面的粗糙度，并将本征TiO2薄膜的起始吸收带边由406nm红移至452nm;(2)Cu2+的掺杂提高了无定型的TiO2向锐钛矿相转变的温度，减小了薄膜表面的粗糙度，将薄膜的起始吸收带边由406nm红移到了476nm。
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