TiO2 kết hợp với một số kim loại (Ag, Pt, Li, Zn, Cd, Mn, Ce, Cr, Fe, Al…) để tạo ra những điểm giữ electron quang sinh, nhờ đú hạn chế được quỏ trỡnh tỏi kết hợp giữa lỗ trống với cỏc electron, đồng nghĩa với sự nõng hoạt tớnh xỳc tỏc quang của TiO2.
Cỏc cation kim loại liờn kết chặt chẽ bờn trong tinh thể TiO2, khi nung trong khụng khớ sẽ tạo thành vật liệu cú hoạt tớnh trong vựng ỏnh sỏng khả kiến. Khi nung, cú sự dịch chuyển điện tớch từ cỏc lớp bờn trong tới bề mặt nờn cỏc nguyờn tử ở lớp sõu bờn trong vẫn tạo ra được cặp điện tử - lỗ trống khi kớch thớch bằng ỏnh sỏng khả kiến. Như vậy, hiện tượng quang xỳc tỏc vẫn xảy ra với ỏnh sỏng khả kiến trong cỏc tinh thể TiO2 khụng pha tạp được bao xung quanh cỏc tinh thể TiO2 đó pha tạp.
TiO2 kết hợp với một số nguyờn tố phi kim (N, S, C, F,…) tạo sản phẩm cú năng lượng vựng cấm giảm xuống. Do vậy, yờu cầu về mức năng lượng để chuyển electron từ vựng húa trị lờn vựng dẫn cũng giảm xuống và cú thể sử dụng vựng ỏnh sỏng khả kiến để kớch thớch phản ứng quang húa. Ngoài ra, khi pha tạp cỏc nguyờn tố phi kim vào hợp chất TiO2 cũn cú những ưu điểm về kớch thước hạt, độ tinh thể húa và diện tớch bề mặt riờng. Cỏc nghiờn cứu gần đõy cho thấy, khi cỏc ion chứa nitơ thay thế khoảng 2,25% cỏc anion trong tinh thể TiO2 thỡ bước súng kớch thớch nú sẽ dịch về khoảng 400 - 500 nm. Khi pha tạp, liờn kết Ti-O-N được tạo thành thay vỡ liờn kết Ti-N. Cỏc nghiờn cứu
cũng chỉ ra rằng, tốc độ phõn hủy chất hữu cơ sẽ tăng gấp 3 lần nếu mẫu TiO2 pha tạp N được kớch thớch ở bước súng 436 nm.
Sử dụng phương phỏp phỳn xạ tạo được mẫu TiO2 pha tạp N dưới dạng màng mỏng cú màu vàng tươi. Phương phỏp đơn giản nhất để pha tạp TiO2 với N là nung bột TiO2 với ure trong khụng khớ.
TiO2 cũn cú thể được kết hợp với cỏc chất hấp phụ cú hoạt tớnh bề mặt cao khỏc như cacbon hoạt tớnh và zeolit nhằm tăng cường khả năng phõn hủy chất ụ nhiễm. Thụng thường, những vật liệu nền được chọn để phủ TiO2 lờn khụng bị mất đi trong quỏ trỡnh quang xỳc tỏc. Một điều kiện nữa là trong suốt quỏ trỡnh phủ, vật liệu nền khụng giải phúng cỏc thành phần húa học của TiO2 để giảm tớnh quang xỳc tỏc của nú. Ngoài những điều kiện trờn thỡ việc chọn vật liệu nền cũn phụ thuộc điều kiện sử dụng, đặc tớnh cơ học, giỏ cả,… Thủy tinh, silic núng chảy, gốm, gạch men, bờ tụng, kim loại, cỏc loại polyme, giấy và cỏc loại vải đều được dựng để làm vật liệu nền. Những vật liệu nền cú thể ở cỏc dạng viờn trũn nhỏ, dạng chuỗi, tấm mỏng,… Cú nhiều cỏc nghiờn cứu gần đõy đó chế tạo vật liệu composit TiO2/SiO2 để làm tăng khả năng quang xỳc tỏc cũng như phạm vi ứng dụng của TiO2. Sở dĩ silicagel (SiO2) được sử dụng nhiều bởi nú cú diện tớch bề mặt cao, khả năng hấp phụ tốt và trơ với cỏc phản ứng quang xỳc tỏc của TiO2. Tớnh chất (như độ bền cơ học, diện tớch bề mặt) của vật liệu composit TiO2/SiO2 tổng hợp được phụ thuộc vào điều kiện chế tạo và kiểu tương tỏc giữa TiO2 và SiO2. Cú hai dạng tương tỏc cơ bản của chỳng là: cỏc lực tương tỏc vật lý (như lực Van derWalls) và cỏc liờn kết húa học (liờn kết Ti-O-Si). Kiểu tương tỏc thứ nhất thường gặp khi phủ TiO2 lờn nền SiO2. Kiểu liờn kết húa học thường gặp khi dựng phương phỏp trộn lẫn hai oxit với nhau trong quỏ trỡnh chế tạo.
Phương phỏp phủ phải đồng thời giữ được tớnh quang xỳc tỏc và làm cho TiO2 liờn kết chặt chẽ với vật liệu nền. Tuy nhiờn, để cú mối liờn hệ chặt chẽ thường làm giảm tớnh quang xỳc tỏc. Quỏ trỡnh xử lý nhiệt trong khi nung TiO2 cú thể làm giảm diện tớch bề mặt của TiO2. Một loại chất nền khỏc cú thể được thờm vào cỏc hạt TiO2 và cũng hạn chế sự di chuyển của cỏc điện tớch, đú là cỏc chất
cỏch điện. Cỏc kỹ thuật phủ đựơc sử dụng như dipcoating, spincoating và spraycoating.