利用半导体光催化剂降解有机污染物是当前处理环境问题的重要手段之一。在众多半导体材料中，TiO₂因价廉无毒、化学性质稳定等优点成为了目前应用最广泛的一种光催化剂。然而TiO₂粉末光催化剂具有难以回收，在水溶液中易团聚，以及容易对净化过的水和空气造成二次污染等缺点，阻碍了其应用。因此，在实际应用中，具有较高电子-空穴利用率和易回收的二维TiO₂薄膜光催化剂有着明显的优势。在TiO₂薄膜的众多制备方法中，射频磁控溅射法因为可以有效的调控制备参数，实现大面积的生产，从而引起了大家的关注。但是，TiO₂薄膜具有较窄的光谱响应范围和较低的量子效率，因此需要对TiO₂薄膜做进一步的改进。为了解决光生电子和空穴的复合问题，研究人员主要采取掺杂，半导体复合以及贵金属修饰等方法对TiO₂进行改性。其中贵金属纳米颗粒吸附在TiO₂表面所构成的复合体系因其具有特殊的接触界面结构和电子迁移特性而一直受到人们的关注。因此在本论文中，我们主要研究了金属-TiO₂复合薄膜的光催化性能。论文的研究工作分为以下三部分：一、TiO₂薄膜的制备以及光催化性能研究分别采用Ti靶以及TiO₂陶瓷靶，利用射频磁控溅射法制备TiO₂薄膜，以X射线衍射、原子力显微镜等测试方法对样品进行表征，以亚甲基蓝的紫外光降解为探针反应考察各样品的光催化性能。研究结果表明：O₂/（Ar+O₂）气氛、溅射气压、溅射功率、退火温度等实验参数对TiO₂薄膜的结构以及薄膜的光催化性能会产生一定的影响。综合考虑TiO₂薄膜的结晶以及光催化性能，我们确定了最优的薄膜制备条件。在以后的研究中，均采用这一优化的实验参数制备TiO₂薄膜。二、Pt/TiO₂多层复合薄膜的制备以及光催化性能的研究采用射频磁控溅射法制备了Pt/TiO₂复合多层膜，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜、紫外-可见光漫反射谱、荧光光谱仪等测试方法对样品各性能方面进行了表征。以有机物亚甲基蓝的紫外光降解为探针反应，考察样品的光催化性能。实验结果表明，所有Pt/TiO₂多层膜的光催化性能要高于纯TiO₂薄膜。Pt薄膜的位置对该复合结构的光降解能力的影响是不同的，Pt膜在TiO₂薄膜下面及中间的复合薄膜的光催化性能是最好的，在这里，考虑到Pt薄膜的附着性，我们制备了五种不同厚度的Pt薄膜（分别为0.75nm、1.5nm、3nm、7.5nm以及12nm）放在TiO₂薄膜的中间（即TiO₂/Pt/TiO₂，简称TPT），实验结果表明当Pt膜厚增加到3nm时，测得的TPT多层膜的光催化性能是最好的，并且是纯TiO₂薄膜光催化性能的三倍。这种光催化性能的增强归功于Pt层的存在，正是由于Pt层能够对光催化过程中产生的电子空穴对的复合过程产生抑制作用，并且Pt层对薄膜表面的粗糙度和上层的TiO₂薄膜的晶相也有影响。三、TiO₂/Au多层膜的制备及其光电流性质的研究利用磁控溅射的方法制备了Au/TiO₂的复合薄膜。讨论了退火过程对Au形貌以及吸收性质的影响，同时研究了样品的光电流性质。研究发现，经过退火处理，金属薄膜表面的金属颗粒会团簇，吸收图谱中可以观察到Au的表面等离激元共振峰。另外，在紫外光和可见光作用下，Au/TiO₂的复合膜的光电流相比纯TiO₂薄膜均有所增加，但是金属所起的作用是不同的。在紫外光作用下，金属起到了电子陷阱的作用，可以有效地捕获TiO₂薄膜中的电子，从而减少薄膜中电子空穴对的复合；在可见光作用下，金属在其中起到了给予电子的作用，贵金属Au在可见光作用下产生表面等离激元共振现象，也就是金属表面的电子发生集体震荡，这部分电子会有效地注入到TiO₂薄膜中，从而使得复合结构中的光电流增加。