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TiO2具有价格便宜、无毒、原料易得、抗光腐蚀性等优点,是目前研究最为广泛的半导体光催化剂之一。自从Fujishima和Honda报道了TiO2电极在太阳光照射下将水分解成氢气和氧气以来,TiO2材料在太阳能光解水制氢领域就成为了众多科研人员关注的焦点。但TiO2禁带宽度较宽,对太阳能的利用率很低,限制了其在太阳能制氢领域的实际应用。因而对TiO2进行各种修饰以提高其光电转换效率的研究是当前的热点课题。本论文采用溶胶-凝胶、阳极氧化、热氧化等多种方法制备了一系列纳米TiO2薄膜,考察了纳米薄膜的光电化学性质。通过引入碳纳米管制备复合薄膜,利用非金属N元素对TiO2薄膜进行掺杂,提高了TiO2薄膜的光电化学性能。论文的主要结果和结论如下:1.采用溶胶-凝胶法制备了系列多壁碳纳米管（MWCNTs）/TiO2纳米复合薄膜,考察了MWCNTs的含量对纳米复合薄膜光电性能的影响。研究发现,纳米复合薄膜中MWCNTs的最佳含量为0.04 mg/cm2。相比纯TiO2薄膜,纳米复合薄膜的光电压增大0.23 V,紫外-可见光照射下的光电流增大2倍,可见光照射下的光电流增大8.5倍。由于MWCNT薄膜具有良好的电子导电性、吸光性和镂空的网状结构等性质,提供了TiO2光生电子迅速传递到外电路的有效途径,形成了一个理想的基板负载TiO2纳米颗粒,有利于电解质和TiO2纳米粒子充分接触,还可以使模拟太阳光在纳米复合薄膜表面产生多次折射和反射,显著提高了纳米复合薄膜光生载流子的分离效率和模拟太阳光的利用效率。2.采用溶胶-凝胶法制备了不同复合方式的MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜,研究了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响。光电测试结果表明底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜的光电化学性能最好。与纯TiO2薄膜相比,底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜的光电压增大0.1 V,光电流增大3倍,入射单色光子-电流转换效率（incident monochromatic photon-to-currentconversion efficiency,IPCE）在各个波段都大,IPCE在340 nm处达到12.4%,在660 nm处达到1.9%。而均匀分布及表层分布MWCNTs的纳米复合薄膜的光电活性反而比纯TiO2薄膜小。依据载流子分离原理探讨了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响,底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜由于MWCNTs有效地收集电子并阻止载流子的复合从而提高了光电化学活性。本文首次提出的这种底层分布MWCNTs方式制备MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜材料的设计思路,在设计高光电活性的染料敏化太阳能电池、太阳能光解水制氢方面有潜在的应用前景。3.提出了一种制备氮掺杂纳米TiO2孔状薄膜的新工艺,将Ti基板先经氮等离子体浸没离子注入（Nitrogen Plasma Immersion Ion Implantation,N-PIII）方法修饰,再经阳极氧化方法处理得到氮掺杂的纳米TiO2孔状薄膜。光电化学测试测得氮掺杂的TiO2孔状薄膜的紫外-可见光光电流密度为510μA/cm2,可见光光电流密度为3.3μA/cm2。相比将Ti基板经N-PIII修饰处理得到的氮掺杂的TiO2薄膜,紫外-可见光光电流密度增大了3.5倍,可见光光电流密度增大了1.7倍;相比将Ti基板经阳极氧化处理得到的纯TiO2孔状薄膜,紫外-可见光和可见光光电流密度也都增大。结果表明,氮掺杂进入TiO2晶格间隙中形成Ti-O-N结构,纳米孔状结构不仅有利于退火时制备锐钛矿晶型的TiO2薄膜,而且其大的比表面积能吸收更多的光子,显著提高了氮掺杂的纳米TiO2孔状薄膜的光电性能。4.采用溶胶-凝胶、阳极氧化、直接热氧化的方法制备了未修饰的TiO2薄膜并系统研究了其在可见光照射下的光电化学性质。结果表明,经过热处理的未修饰的TiO2薄膜也表现出微弱的可见光光电响应。这是因为TiO2薄膜需要经过高温热处理实现晶型转变,而热处理过程中温差的变化引起了TiO2较大的晶格畸变,导致TiO2薄膜表面部分Ti-O键断裂,形成了很多表面态,如晶格缺陷处Ti4+成为光生电子的陷阱或者Ti-O键断裂形成了氧空位。新的表面态缺陷能吸收可见光,因此未修饰的TiO2薄膜在可见光下也表现出微弱的光电响应,而且在不同制备条件制得的未修饰的TiO2薄膜在可见光下的光电响应变化规律与在紫外-可见光照射下的变化规律一致。这一结果为进一步制备可见光活性的TiO2薄膜提供了参考依据。