本文系统研究六种金属离子掺杂TiO₂薄膜的掺杂机理,并结合X-射线衍射（XRD）以及扫描电镜（SEM）形貌分析,分别研究了掺杂离子的种类、掺杂浓度、离子半径、离子价态、离子电荷、离子稳定氧化态的电子亲和势以及氧化物的生成焓与纳米TiO₂薄膜的光催化性能之间的关系。以钛酸四丁酯和无水乙醇为原料,加硝酸盐溶液引入金属离子,采用溶胶-凝胶法和浸渍-提拉法在玻璃表面施涂膜层,镀膜速度控制在2³mm/min。通过热处理以后,得到均匀透明、颗粒分布均匀的掺杂纳米TiO₂薄膜,并且薄膜相结构均为锐钛矿相和金红石相,每次制备出的纳米粒子粒径稳定在30⁵0nm。光催化降解甲基橙试验结果表明,La³⁺、Ce³⁺、Fe³⁺、Ni²⁺、Cu²⁺的掺杂明显提高了TiO₂的光催化活性,其中Fe³⁺掺杂的TiO₂薄膜光催化降解率最高,达到90.01%,而Zn²⁺的掺杂则在一定程度上降低了TiO₂光催化降解甲基橙的能力,本试验条件下光催化降解能力依次为Fe³⁺>La³⁺>Ni²⁺>Cu²⁺>Ce³⁺>Zn²⁺。离子掺杂浓度与光催化性能试验结果表明,随着掺杂Fe³⁺浓度的增加光催化活性提高,随着掺杂La³⁺浓度的增加光催化活性下降;Cu²⁺、Ce³⁺的最佳掺杂浓度为5%,Ni²⁺的最佳掺杂浓度为3%;随着光照时间的增加,掺杂上述离子均使TiO₂的降解率增大。经过多次试验和各种测试结果证明,除了Ce³⁺外,掺杂离子后随着粒径的减少,锐钛矿相的含量呈递增的趋势,光催化活性也越来越好。在掺杂Fe³⁺浓度为5%时粒径较小,达到38.23nm,光催化活性较高;而掺杂Zn²⁺时粒径较大,为41.86nm,光催化活性较低。此外,离子电荷与半径的比值q/r与催化活性的变化规律基本相同,q/r值越大即离子的得电子能力越强。掺杂元素稳定氧化态电子亲和势与离子半径的比值Ea/r与催化活性之间有很好的一致性,掺杂元素的稳定氧化态对电子的亲和能力越大,催化活性越高;第一电离能与光催化活性的关系不大,而MO_X /TiO₂光催化性能与对应金属氧化物生成焓间具有较好的相关性,即氧化物生成焓越小,光催化活性越好;除Fe³⁺外,氧化物生成焓越大,光催化活性越差。