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TiO2是一种非常重要的n型半导体材料,具有价格低廉、稳定性高、无毒无污染等优点,在染料敏化太阳能电池、光解水制氢、光催化降解有机污染物等领域有着广阔的应用前景。但是由于TiO2具有较大的禁带宽度,只能被太阳光中能量较高的紫外光激发,以及光生载流子较易复合等不足,限制了其对太阳能的利用率。因此对TiO2进行各种修饰以提高其光响应能力是当前的热点研究课题。本论文采用直流反应磁控溅射法制备了Si掺杂TiO2(Si-TiO2)薄膜；对阳极氧化法制备的TiO2纳米管(TiO2NTs)薄膜进行碳量子点(CQDs)敏化或在牛奶中水热处理。通过掺杂改性和复合敏化的方式提高了TiO2薄膜的光电化学性能。论文的主要研究成果如下：1.以Ti-Si镶嵌靶采用直流反应磁控溅射法成功制备了掺杂含量分别为5%和12.5%的Si-TiO2薄膜,通过AFM、FE-SEM、XPS及紫外-可见吸收光谱对Si-TiO2薄膜进行了表征,并研究了其光致亲水性、光催化降解能力和光电化学性能。实验结果表明,该方法制备的纯TiO2利Si-TiO2薄膜表而较为半整且颗粒分布均匀。与纯TiO2薄膜相比,Si-TiO2薄膜的表面颗粒有所增大,形成了Ti-O-Si键。5%Si-TiO2薄膜的光学吸收带边发生红移,光学禁带宽度由纯TiO2薄膜的3.51eV减小到3.36eV。亲水性实验表明,5%Si-TiO2溥膜能够更快的形成亲水性表面,并且具有更强的保持表面亲水性的能力,说明适量Si掺杂有利于在TiO2薄膜表面形成更多羟基基团,而12.5%Si-TiO2薄膜则表现出疏水性。在光催化降解亚甲基蓝实验中,5%Si-TiO2薄膜较纯TiO2薄膜表现出更强的光催化降解能力。光电化学性能测试结果表明,5%Si-TiO2薄膜在紫外-可见光和可见光下的光电流密度分别为纯TiO2薄膜的4.3和4.9倍,而12.5%Si-TiO2薄膜的光电流密度相比纯TiO2薄膜则有明显减小；碱性电解液有利于TiO2和5%Si-TiO2薄膜光电化学性能的提高,尤其是pH值大于12时提高更为明显,而酸性电解液则难以使光电化学性能得到提高；EIS测试中,5%Si-TiO2薄膜较纯TiO2薄膜表现出更小的界面阻抗和更快的载流子传输能力。2.采用阳极氧化泫与简便的浸泡方法制备了CQDs敏化的TiO2NTs(CQDs-TiO2NTs)薄膜。通过FE-SEM、XRD、Raman光谱和紫外-可见漫反射吸收光谱对CQDs-TiO2NTs薄膜进行了表征,并研究了其在可见光下的光电化学性能。结果表明,使用阳极氧化法制备的TiO2NTs的平均管径大小和管壁厚度分别约为60nm和15nm,管长约200.300nm,TiO2NTs在经450℃退火处理2h后具有锐钛矿晶型。CQDs-TiO2NTs薄膜的光学吸收带边发生红移,可见光吸收有所增加。光电化学性能测试结果表明,制备的两种CQDs-TiO2NTs薄膜在可见光照下的光电流密度与纯TiO2NTs薄膜棚比分别提高了32%和40%,表明这种CQDs敏化的TiO2NTs有利于对可见光的利用,因此具有潜在的应用前景。3.提出了一种利用牛奶水热处理改善TiO2NTs薄膜的光电化学性能的新方法。通过尝试利用水热法中提供的高温高压环境以期把牛奶中的分子吸附到TiO2NTs表面或者内部,进而在退火过程中形成掺杂改性的TiO2NTs薄膜,改善其光电化学性能。结果表明,在较低的水热温度下(60℃、90℃),这种方法未能有效改善TiO2NTs薄膜的光电化学性能;而在较高的水热温度下(120℃),虽然牛奶中的蛋白质分子发生变性团聚,但经450℃退火2h后样品在紫外-可见光照下的光电流密度提高了34%。由于牛奶中的蛋白质在高温下变性团聚的特性限制了这种方法的应用范围,但其它利用牛奶处理来改善TiO2性质的方法仍然具有潜在的研究价值。