半导体TiO₂作为一种光催化活性高、物理化学性质稳定、无毒环保的光催化材料而被应用于环保、建筑等领域。然而,Ti O₂在水中易团聚、不易回收、易造成二次污染等缺点限制了它的广泛应用。因此,本实验采用磁控溅射方法制备纳米TiO₂薄膜,通过掺杂和制备多层复合薄膜对其进行改性处理,然后利用SEM、XRD、EDS、UV-Vis等手段分析了薄膜的表面形貌和晶体结构,最后根据光催化降解甲基橙来评价制备薄膜的优劣。本文介绍了制备纳米TiO₂薄膜的研究背景、意义和方法,综合对比各种制备方法并结合实验室现有条件,最终选用磁控溅射法来制备纳米TiO₂薄膜。制备过程中重点对溅射压强、溅射功率和退火温度等进行了研究。经过综合分析,纯纳米TiO₂薄膜的实验参数是:TiO₂靶材的溅射功率为100w,溅射压强为1.0Pa,Ar气的流量值为35sccm,真空度为6.6×10^-4Pa,溅射时间为2h。其次研究制备了Cr和C分别掺杂纳米TiO₂薄膜。保持其他实验参数不变,研究了在不同溅射功率下,Cr掺杂对薄膜的影响,实验结果表明,当Cr靶材的溅射功率为40w时,制备的Cr掺杂纳米TiO₂薄膜光催化效果较好。同样,研究了C掺杂对薄膜的影响,实验结果表明,适量C元素掺入有助于提高薄膜的光催化效率,同时发现,保持其他实验参数不变,当C靶材的溅射功率为100w,加热控温电路的加热温度为500℃时,磁控溅射出一定量的石墨烯,这些石墨烯的掺入大大提高了薄膜的光催化效率。接下来研究制备了Cr和C共掺杂纳米TiO₂薄膜。保持其他实验参数不变,TiO₂靶材、Cr靶材和C靶材的溅射功率分别为100w、40w和100w,通过磁控溅射法制备出Cr和C共掺杂纳米Ti O₂薄膜。实验结果显示,共掺杂纳米TiO₂薄膜对甲基橙溶液具有良好的降解率,在光照3h后降解率达到47.52%。最后研究制备了Fe₂O₃/TiO₂复合薄膜。在第一步研究制备得到的纯纳米TiO₂薄膜的基础上,保持其他实验参数不变,调节Fe₂O₃靶材的溅射功率为100w,溅射1h,得到Fe₂O₃/TiO₂复合薄膜。研究发现Fe₂O₃/TiO₂复合薄膜对甲基橙溶液的降解率比相同条件下的纯纳米TiO₂薄膜提高了60.44%。