本文的主要工作在于设计和合成一种基于磷酸铋的稳定的、具有高催化活性的复合光催化材料。磷酸铋本身是一种具有高光催化活性的催化剂,其独特的含氧酸盐结构所引起的内建电场促进了载流子的分离效率,然而磷酸铋又是一种宽带隙光催化剂,存在可见光吸收不足的缺陷,仅在紫外光作用下显示出极强的光催化活性,这将极大地限制它的应用。类石墨烯氮化碳则是一种窄带隙、导电性优良、稳定性好的具有二维层状结构的材料,具有一定的可见光催化能力。本文综合考虑和计算了这两种材料的光学性质和电子结构,采用第一性原理的方法提出设计基于磷酸铋的新型复合可见光催化剂的思路,并研究了其性质。主要研究结果和创新性工作总结如下。通过第一性原理计算,研究了三种晶相磷酸铋（mMBIP,nMBIP和HBIP）的几何结构和电子结构。结果表明,在三种晶相的磷酸铋中,nMBIP的PO4四面体的几何结构最扭曲,而mMBIP的载流子有效质量最小。为了能更进一步讨论和确定有效质量和几何结构扭曲在光催化作用中的主次地位,对三种晶相磷酸铋的载流子有效质量和偶极距都进行了计算。最终,我们认为磷酸铋的几何结构扭曲程度有着更为决定性的作用。扭曲的PO₄四面体内部形成了一个指向性的内建电场,这个内建电场的方向由P原子指向了四个原子的重心,使带正电的光生空穴沿着这个电场方向移动而带负电的光生电子沿着反方向移动,极大地促进了载流子的分离。同时,我们还计算了三种晶相磷酸铋的氧化还原电位,结果显示nMBIP有着更为合适的氧化还原电位,以及一个更窄的带隙。采用平面波超软赝势方法研究了Li、Na、K三种碱金属离子修饰对g-C₃N₄能带结构和载流子迁移过程的影响。对建立的六种吸附构型分别采用广义梯度近似和局域密度近似进行计算,发现三种碱金属离子均更趋向于吸附在g-C₃N₄片层内的大空洞中央位置。对于碱金属与g-C₃N₄形成的n型Schottky结,通过能带结构和功函数的计算,发现界面电荷的平衡使g-C₃N₄的能带电位分别整体下移1.52 V（Li）、1.07 V（Na）、0.86 V（K）。其中K离子的引入一方面将g-C₃N₄的价带和导带调整到更合适的氧化还原电位,另一方面增大了g-C₃N₄的最高占据轨道（HOMO）和最低未占据轨道（LOMO）的分布,有利于提高载流子的迁移率,同时出现的HOMO和LOMO轨道非共面特性有利于电子和空穴的分离。采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了BiPO₄/g-C₃N₄异质结的界面结合作用以及其对电荷分布和带边电位的影响。研究表明BiPO₄与g-C₃N₄之间可以形成稳定的化学吸附。根据g-C₃N₄与BiPO₄的相对位置不同,构建了四种结构模型,计算结果表明B构型最为稳定。计算的电子结构表明,异质结的形成窄化了带隙,并在界面间引起了电荷再分布,促进了载流子的分离,能级调制结果表明,异质结的形成使带边电位发生变化,获得了更合适的氧化还原电位,计算的光学性质表明,异质结的形成拓展了可见光吸收。综上,g-C₃N₄/BiPO₄异质结的形成,有助于光催化效率的提高。