TiO₂是n型金属氧化物半导体，是一种重要的无机功能材料，可用于制作电介质材料、光催化薄膜、减反射涂层、气敏传感器等。TiO₂薄膜具有优异的光催化性能，抗光腐蚀，在酸性条件下难溶，对光稳定，无毒等。这就使其在废水处理，消毒杀菌, 气体净化等实际应用方面有着诱人的前景。由于TiO₂只能被波长较短的紫外线激发，使其太阳能的利用率低。为了实现自然条件下的光催化，需要降低TiO₂禁带宽度，掺杂则是一种较好的措施。另外，随着工业化的不断发展，环境污染日趋严重，TiO₂作为一种传感器材料，发挥着重要的作用。但是灵敏度和选择性是制约传感器发展的重要因素。科学家们通过不同的方法改变TiO₂的微观结构，从而使电学性质发生改变，达到对环境的有效监控。本文研究了TiO₂薄膜的光催化性质和气敏特性，研究了光催化反应的原理和制备方法，提出了提高光催化效率的途径。通过溶胶－凝胶法制备了TiO₂薄膜对其进行光催化反应实验，发现膜层厚度、薄膜煅烧温度和溶液PH值对降解效率都有直接的影响，并对结果进行分析。本文还通过反应溅射法和化学气相沉积法制备了TiO₂气敏薄膜。用溅射制备的薄膜掺入部分杂质对还原性气体进行气敏测试，发现TiO₂薄膜对酒精气体和氢气有不同的反应机制和电子注入机理，气敏特性也表现出不同，而杂质的引入反而降低了TiO₂薄膜的敏感性，可能是由于杂质对氧空位的补偿所引起。这也是本文的创新之处。通过XPS和扫描电镜对化学气相沉积的TiO₂薄膜进行检测，发现这种制备方法制备的薄膜纯度高，颗粒均匀，杂质少，具有较大的表面积，有利于气敏反应的发生，掺入Nb进行XRD测试发现1000℃以上Nb的存在阻碍了TiO₂金红石的形成，并发现Nb的掺入提高了器件的灵敏度，降低了器件的工作温度。本文还通过K－V符号和点缺陷理论来讨论金属氧化物的气敏机理，总结出了电导率随氧分压变化的一般规律，并研究了TiO₂的表面反应。深入分析了TiO₂对氢气、氧气和水的吸附过程。提出了提高TiO₂气敏灵敏度和选择性的办法。