二氧化钛由于具有独特的光物理和光化学性质，在光学材料、光电化学和光电池、光催化降解有机物方面有广泛的应用前景，引起了人们很大的兴趣。90年代由于纳米材料科学的兴起，以二氧化钛为基础的应用注入了新的研究内容。由于纳米粒子的量子尺寸效应、表面效应等使得二氧化钛纳米材料的结构和性质都与体状二氧化钛有很大的差别。因此，二氧化钛薄膜以其特殊的物理化学性质，特别是作为光物理材料、环境污染治理中的光催化氧化催化剂有着广泛的应用前景而引起人们的很大兴趣。纳米TiO₂被公认为是最理想的光催化剂之一，它可以在太阳光或人造光源下完全降解液态或气态污染物。但是它在光催化方面还存在着一些缺陷，例如反应速度慢、光量子产率低、二氧化钛光催化剂的失活等因素一直制约着光催化技术在工业上的应用。但这并没有阻止人们对它的探索，不断的寻找能够提高TiO₂光催化活性的办法，据了解通过提高催化剂的比表面积、减小粒径、沉积金属、离子掺杂、光敏化等手段来增强光催化活性。本论文采用单基底垂直沉积法制备了PS胶体模板；用不同靶材及磁控溅射方法制备了TiO₂薄膜，并研究了制备过程中，制备参数的改变对薄膜沉积速率及透射率的影响；化学溶胶凝胶法制备了二氧化钛溶胶，并采用浸渍提拉法制备了TiO₂薄膜，采用物理与化学方法结合的方式制备了Cu₂O/TiO₂薄膜，采用PS胶体模板和溶胶-凝胶法制备了TiO₂微球结构薄膜；对所制备的薄膜进行了光催化性能的研究。通过透射谱、X射线衍射（XRD）谱和扫描电镜（SEM）等表征手段对样品进行了表征。用不同靶材及磁控溅射方法制备了TiO₂薄膜，经过一系列实验。在相同的条下，用直流溅射钛靶的方法制备的薄膜质量较高，具有较好的光学性能；用金属钛靶制备薄膜，在其他条件一定时，沉积压强在0.7-0.9Pa范围的变化对薄膜的沉积影响较小，但是当沉积压强大于1.0Pa时，薄膜质量变低，吸收边发生蓝移；用氧化钛靶制备薄膜，在其他条件一定时，在溅射功率小于90W的情况下，TiO₂薄膜的沉积速率会随着功率的增加而变快；制备的Cu₂O/TiO₂薄膜，可以看出样品的吸收范围变宽，增大了二氧化钛的光响应范围。以化学溶胶凝胶法制备TiO₂溶胶，并采用浸渍提拉法制备TiO₂薄膜，通过测量薄膜的透射谱换算出所制备薄膜的禁带宽度与本征禁带宽度很接近；采用物理与化学方法结合的方式制备了Cu₂O/TiO₂薄膜，获得的透射图谱明显看出样品的吸收范围变宽，光响应范围变大；采用PS胶体模板和溶胶-凝胶法制备了TiO₂微球结构薄膜。以甲基橙为降解物，研究了TiO₂薄膜、Cu₂O/TiO₂复合薄膜、TiO₂纳米球壳结构薄膜的光催化性能。结果显示Cu₂O/TiO₂薄膜、TiO₂纳米球壳结构薄膜的光催化性能明显高于TiO₂薄膜材料。对于TiO₂纳米球壳结构，增加了催化材料的比表面积，使光与材料的相互作用大大增强；窄禁带材料的复合，电子和空穴在两种不同半导体上的富集抑制了光生载流子的复合，同时窄禁带半导体也使得TiO₂材料的光谱响应范围变宽。