随着人们使用的日益加剧，石油资源已导致了许多严重的环境污染问题，同时由于石油是不可再生资源，已经无法满足人们日益增长的需求。因此，目前许多国家与科研机构都在致力于研究和开发新能源，如太阳能、生物能等等。其中氢气由于其储能率高，燃烧只生成水等优点而受到了广泛的关注。上世纪70年代，利用二氧化钛光解水制氢的发现将太阳能与制氢成功地联系起来，真正实现了零污染可循环。在这之后利用二氧化钛光解水制氢成为了研究热点。但是由于二氧化钛材料的自身局限性，限制了其广泛应用。为了提高二氧化钛的光催化效率，科研工作者们做了许多努力，其中包括非金属离子掺杂和金属离子掺杂。在本论文中，我们利用反应射频磁控溅射制备了氮掺杂，铜掺杂和氮铜共掺杂二氧化钛薄膜，并利用XRD，SEM，AFM，XPS和UV-Vis等测试方法对其进行了分析和表征。最后在没有外加辅助条件下，如金属电极，偏压和贵金属负载等，通过将薄膜样品直接浸入溶液（10％的甲醇溶液）中，进行光解水制氢测试。本论文的主要工作内容如下:　　本论文首先研究了氮掺杂对二氧化钛薄膜性能的影响。利用磁控溅射法在氮气，氧气，氩气的混合气氛下制备了氮掺杂二氧化钛薄膜，所制备的薄膜为纯锐钛矿相二氧化钛，其中通过氮的引入，其能带宽度从3.28eV降至2.65eV。通过光解水制氢测试，发现氮掺杂二氧化钛的光解水效率远远高于未掺杂样品，甚至高于P25粉末的50倍。这说明相比于纯二氧化钛薄膜，氮掺杂可以提高其光催化活性。通过XRD研究发现，通过氮的引入，二氧化钛薄膜趋向于沿着高能晶面的方向生长，如(004)，(112)，(200)，(211)等晶面，因此，对氮掺杂二氧化钛薄膜中晶面对光解水性能的影响又做了进一步的研究。研究发现，氮的引入对薄膜生长中的择优取向有巨大的影响，可以使二氧化钛薄膜沿着(211)晶面的方向生长，且随着制备过程中氮气流量的增加，(211)晶面的含量也相应的增加。同时发现随着(211)面含量的增长，产氢效率也依次增加，从760μmol H2 m-2h-1到950μmol m-2h-1再到4500 m-2h-1μmol H2 g-1h-1。由此可以得出结论，在氮掺杂和薄膜生长过程中的(211)取向的共同作用下，可以极大地提高二氧化钛基薄膜材料的光催化活性。　　除了对非金属掺杂进行了研究，还研究了铜掺杂二氧化钛薄膜的制备与性能。利用反应磁控溅射法，在用钛靶与铜靶共溅射的条件下，制备了铜掺杂二氧化钛薄膜。所制备铜掺杂二氧化钛薄膜为混合相，主相锐钛矿相和次相金红石相，同时铜的引入对薄膜生长的取向有着显著地影响，生长的方向从(101)改变到(001)。在铜掺杂，二氧化钛薄膜表面暴露有大量高能(001)晶面和混合晶相的共同作用下，铜掺杂样品的产氢率远远高于未掺杂二氧化钛薄膜样品，甚至高于粉末状的P25二氧化钛67倍。　　在前面对非金属和金属单掺研究之后，利用射频反应磁控溅射的方法成功地制备了氮铜共掺杂的二氧化钛薄膜，所制备样品为纯的锐钛矿相结构，且在氮和铜的共同作用下，薄膜样品生长的择优取向受到了显著的影响。长的方向从(101)改变到(211)，且相比于氮掺杂样品，薄膜表面的(001)晶面含量也相应的提高了。在氮、铜共掺杂和晶面取向的共同影响下，氮铜共掺样品的产氢率远远高于未掺杂样品，甚至高于氮掺杂样品3.5倍。