本文以TiCl₄为前驱体，无水乙醇为氧供体，PEG为添加剂，采用非水解溶胶-凝胶法制备了具有较高光催化活性的TiO₂薄膜。通过DSC-TG、XRD、FTIR、FE-SEM及UV-VIS分光光度计等现代分析手段，系统研究了TiCl₄浓度、PEG分子量和添加量、氧供体种类以及镀膜次数等工艺参数对薄膜结构和光催化性能的影响。采用对比分析的方法研究了非水解和水解溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜结构及其光催化性能，并讨论了两者凝胶化过程的差异。在优化了非水解溶胶-凝胶法工艺参数的基础上，进一步研究了Si⁴⁺、Al³⁺掺杂对TiO₂薄膜结构及光催化性能的影响。非水解溶胶-凝胶法制备TiO₂光催化薄膜具有工艺简单，成本低廉的特点，其优化制备工艺参数为：TiCl₄浓度为0.83mol／L，5次镀膜，PEG分子量为1000，PEG1000与TiCl₄摩尔比为0.10。此时薄膜颗粒细小，薄膜中均匀分布着大量微小孔隙，薄膜的比表面积最大，其光催化性能最佳，对甲基橙的光降解率达79％。非水解溶胶-凝胶法与水解溶胶-凝胶法形成TiO₂的机理不同，非水解溶胶-凝胶法形成Ti-O-Ti键合的反应过程中断裂的是钛醇盐中的C-O键合，而水解反应中断裂的是Ti-O键合。非水解溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜开始出现金红石相的温度为750℃，高于传统水解溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜，并且光催化活性好于水解溶胶-凝胶法制得的薄膜。这是因为相对于水解溶胶-凝胶法，采用非水解溶胶-凝胶法500℃热处理后的TiO₂薄膜晶粒更细小，比表面积大，因而光催化活性高。Si⁴⁺、Al³⁺引入到TiO₂薄膜后，它们不仅阻碍了TiO₂从锐钛矿向金红石相的转变，还抑制了TiO₂晶粒的长大，且硅、铝复合掺杂比单一硅掺杂更有效，其中硅掺杂15％、铝掺杂5％时，锐钛矿向金红石相转变温度由750℃升至1200℃。经1000℃热处理后的硅掺杂20％的TiO₂由于混晶结构表现出较高的光催化活性，比未掺杂的TiO₂光降解率提高了近40％。