基于DFT+U 的理论方法,研究了N、Co、Na 对本征TiO2 的光学性质和电学性质的影响.通过改变几种掺杂剂的浓度,提高了TiO2 对可见光的吸收系数.对于N 掺杂的情况,有文献报道[1]称,N 替代Ti 是比较稳定的构型.然而单掺杂N 原子,并不能提高材料对可见光的吸收,我们认为主要的问题是掺杂浓度还不够.随着掺杂浓度的提高,N 和O 之间的耦合相互作用增强,使得材料的带隙降低,当N 的浓度达到4.38％(4N@Ti)时,强烈的光吸收峰出现在1.18eV 处.这说明了,N 掺杂可以有效的调节TiO2 的吸收系数到可见光区.对于Co 掺杂TiO2 的情况,实验上已经得出,运用Co 替代Ti,可以有效的降低TiO2的带隙.然而吸收系数只能被调节到可见光区的高频部分[2].因此,我们研究了4.61％到18.45％的Co 掺杂TiO2 的情况.当Co 的浓度达到18.45％时,一个理想的吸收峰出现在了1.57eV 处.这是由于Co 原子特殊的壳层结构(3d74s2),3d 态的局域特性使Co 的杂质能级不容易被其他能级影响,价带到此能级的跃迁正好处于可见光的范围内.2013 年的对于TiO2的光催化活性的实验研究发现,碱金属Na、K、Rb 掺杂TiO2,可以提高材料在紫外光下催化分解有机物分子的效率[3].这引起了我们研究提高TiO2 在可见光区的催化效率的兴趣.选用Na,来模拟实验所用的掺杂剂,探索进一步提高可见光下的催化效率的措施.填隙Na原子,使材料的费米能级进入导带,变成n 型半导体,随着填隙浓度的提高,对红外光的吸收减弱.Na 替代Ti 可以有效的降低材料的带隙,且随着替代浓度的提高,材料对可见光的吸收增强,当Na 的浓度为7.20％时,材料对可见光的吸收系数在3.5×104cm-1 以上,表现出了良好的光响应,有望成为可见光催化剂.Na 替代O 虽然在带隙中引入了新的能级,但是并不能有效的降低带隙,使材料对可见光的吸收减弱.除此之外,我们还模拟了Na 吸附在TiO2 的(0 0 1)表面上的情况.Na 吸附,在带隙中引入了一条态密度很小的能带,这条能带的引入并没有改善材料的吸收情况.因此,我们推断,Na 替代Ti 是实验中真实的掺杂方式.Na 替代Ti 的掺杂能够保持在可见光范围内超过3.5×104cm-1 的吸收,K 和Rb 掺杂剂虽然也能可提高吸收系数,但效果不如Na 明显.这些结果可为开发Na 替代式掺杂TiO2 作为可见光催化剂提供理论依据.