光催化技术能利用太阳能降解有机污染物和光解水制氢，是解决环境污染与能源问题的重要途径。二氧化钛(TiO2)是目前最常用的光催化剂，但TiO2在可见光催化方面的应用存在局限性。包括氧化铋、钛酸铋在内的铋系催化剂以及掺杂碱金属钛酸盐由于具有可见光催化活性，正受到广泛关注，但目前有关这些催化剂的理论研究还不够多。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法计算了四种钛酸铋结构的电子结构和光吸收性质;将六钛酸钠中的钠离子用不同含量亚铜离子取代，以此设计了新型六钛酸亚铜钠复合盐材料，并通过密度泛函理论的第一性原理计算方法计算了其电子结构和光吸收性质，以此来预测六钛酸亚铜钠作为可见光催化剂的可行性;此外，通过实验发现，β-Bi2O3对邻苯二酚和间苯二酚具有选择性吸附的特点，使用蒙特卡罗方法计算了两种物质在β-Bi2O3(110)表面的吸附能，可以以此解释它们吸附能力差别的原因。论文得出如下结论:　　 (1)通过CASTEP软件计算了四种钛酸铋结构的电子结构和光吸收性质。在α-Bi2Ti4O11、Bi2Ti2O7理想晶型、Bi4Ti3O12、Bi12TiO20四种钛酸铋结构中，Bi的6s和6p态在价带中和O2p态充分重叠，提高了光生电子-空穴对的迁移。钛酸铋结构中的TiO4四面体或TiO6八面体与BiOn多面体相连，更加有利于光生电子-空穴对的分离。Bi2Ti2O7与Bi12TiO20的可见光吸收系数明显大于Bi4Ti3O12和Bi2Ti4O11以及锐钛矿TiO2;在接近紫外的短波长可见光区，Bi2Ti2O7展现出极佳的光吸收性能。通过计算得到的其能带结构、态密度分布及光学性能等结果，从理论角度解释其能够在可见光下响应的原因，为其光催化性能的研究提供了一定的指导意义。　　 (2)将六钛酸钠中的钠离子用不同含量亚铜离子取代，设计了新型六钛酸亚铜钠复合盐材料，并用CASTEP软件计算了他们的电子结构和光吸收性质。在这种新设计的系列材料中，随着亚铜离子相对含量不断增加，禁带宽度变小;Cu的3d轨道出现在O的2p轨道的上边缘，价带顶端的位置从由O的2p轨道构成变为了由Cu的3d轨道构成，亚铜离子的含量对能带结构产生了明显的影响。与Na2Ti6O13相比，随着亚铜离子相对含量的增加，几种含铜结构对于可见光的光吸收系数有明显增强。这些结果表明，采用置换亚铜离子的方法来制各钛酸钠结构材料，有望得到具有可见光催化性能的材料。　　 (3)利用乙二醇溶剂热法，以Bi(NO3)3·5H2O为前驱体合成了β-Bi2O3。SEM分析结果表明，此种方法合成了随机形状的β-Bi2O3颗粒，颗粒大小在10-50nm不等。XRD分析结果表明，合成的样品的主要衍射峰都对应于β-Bi2O3标准卡片，晶粒大小约为20.2nm。实验发现，合成的β-Bi2O3对邻位与间位苯二酚同分异构体呈现出选择性吸附的特点:β-Bi2O3对邻苯二酚具有非常好的吸附能力，吸附量可达96％以上;β-Bi2O3对间邻苯二酚吸附能力较弱，吸附量仅有10％左右。Adsorption Locater软件计算表明:邻苯二酚可能的吸附构型数量多于间苯二酚，而且吸附能明显低于间苯二酚，这与实验中得到的结果相一致。