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功能材料主要是指那些具有优良的性质，能够产生有意义的物理、化学、生物学效应，从而被用来制造各种功能元器件，广泛应用于各个领域的一类材料。过渡金属氧化物TiO2是一种宽禁带半导体材料，在可见光区透明，紫外光区有较强吸收，它具有优良的化学稳定性和热稳定性，较高的介电常数，完全化学配比的TiO2为绝缘体，稍被还原时成为n型半导体。TiO2作为一种应用前景极为广阔的功能材料，在稀磁半导体、光催化、染料敏化太阳能电池、生物材料、气敏元件、光诱导亲水性等方面都具有重要的应用价值。本论文采用溶胶凝胶法、脉冲激光沉积、阳极氧化法等多种工艺制备了TiO2基薄膜和纳米材料，研究了Ti1-xCoxO2的稀磁性能、TiO2-ZnO复合薄膜的光催化性能和多种一维结构TiO2染料敏化以及量子点敏化太阳能电池的相关性能，主要研究内容包括:
(1)用溶胶凝胶法在铝酸镧衬底上制备了TiO2薄膜，热处理温度为650℃时获得了结晶良好，并有(004)择优取向的纯锐钛矿相薄膜。在溶胶凝胶法制备的TiO2薄膜中进行了Co的掺杂，当掺杂浓度为1％-5％时Co进入TiO2晶格。Ti0.98Co0.02O2薄膜具有室温铁磁性，结合薄膜的PL谱结果，我们认为薄膜的铁磁性来源于通过F+色心为核心的束缚磁极化子为媒介的磁交换作用。此外，尝试利用N2气氛中退火和激光辐照对薄膜进行后处理，N2中退火改善了薄膜的磁性，激光辐照使绝缘的薄膜导通，但对磁性的影响比较复杂，需要进一步研究。
(2)利用脉冲激光沉积法(PLD)在TiO2纳米线阵列薄膜上生长ZnO获得TiO2-ZnO复合薄膜，研究了复合薄膜样品的结构、形貌及光电性能。沉积以后，TiO2纳米线上均匀的包裹了一层ZnO，形成TiO2-ZnO芯-壳复合结构。TiO2-ZnO复合薄膜的带隙比TiO2纳米线阵列薄膜和Ti片上生长的ZnO薄膜都要窄。复合薄膜的光电流相比于TiO2纳米线阵列薄膜有所增强，随着沉积时间的增长，复合薄膜光催化降解水中RB分子的性能先提高后降低，沉积30min的复合薄膜光催化性能最好，一方面是由于复合结构的能带匹配提高了光生载流子分离效率，一方面是由于复合薄膜的光响应向可见光部分迁移，提高了光的利用率。
(3)采用二次阳极氧化法制备了蜂窝状的锐钛矿相TiO2纳米管，采用直接氧化法制备了TiO2纳米花、纳米线和纳米棒等多种有序纳米阵列，并以此做为光阳极组装了染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池。其中，TiO2纳米棒染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到1.27％，TiO2纳米管量子点敏化太阳能电池的光电转换效率达到1.48％。研究了TiO2晶相对IPCE的影响，染料敏化太阳能电池中，锐钛矿相会使IPCE向短波方向平移，而量子点敏化太阳能电池中，锐钛矿相使IPCE向长波方向平移;同时，锐钛矿相更容易吸附染料N719，使IPCE升高，而量子点的吸附受晶相的影响不大。研究了TiO2有序纳米阵列光阳极的电子输运特性，花状结构的TiO2光阳极综合输运性能优良，相应的太阳能电池填充因子较高。