能源是社会发展必不可少的物质,随着经济的快速发展,例如煤、石油等传统能源已经不能满足社会发展的需求。在1972年日本研究人员发现半导体可以利用太阳能光催化分解水制氢,这一发现被广泛的关注。现在通过半导体实现光催化制氢已成热点,而TiO₂半导体作为光催化剂被广泛的研究。由于纯TiO₂半导体在光催化效率并不高,因此需要采用一些手段来提高TiO₂半导体光催化效率。本文采用材料耦合方法提高TiO₂半导体光催化效率,并通过杂化泛函（HSE06）方法对TiO₂锐钛矿、单层MoS₂和TiO₂/MoS₂异质结的相关性质做理论计算。计算结果显示,与TiO₂锐钛矿带隙（3.2 eV）相比复合体系的带隙可以减小到1.38 eV,以及复合体系光学性能比纯TiO₂锐钛矿的光学性能有所提高,这是一个期望的结果。同时我们研究了施加不同压力对TiO₂/MoS₂异质结性能的影响,计算结果表明,随着施加压力的增加材料光催化性能也有所提高。研究了Cu、N掺杂对TiO₂锐钛矿表面和TiO₂/MoS₂异质结性能的影响,计算结果表明,（Cu,N）共掺杂可以有效提高材料的光催化制氢性能。除此,深入研究了复合体系中TiO₂与MoS₂层间距对复合体系性能的影响,结果表明复合材料在适中的间距时体系光学性能最好。在复合体系的基础上,继续研究了增加MoS₂层数对复合体系性能的影响,结果表明在适当范围内合理增加MoS₂层数能够提高符合体系的光学性能。本文还通过轨道泛函（LDA+U）方法对TiO₂金红石、单层MoS₂和TiO₂/MoS₂的相关性质做理论计算,计算得到单层MoS₂与TiO₂金红石复合体系的带隙为1.22 eV,比纯TiO₂金红石的带隙明显减小很多,以及复合体系光学性能比纯TiO₂金红石的有所提升。这些结果证实了MoS₂助催化剂能够有效减小TiO₂带隙以及提高它的光学性能,实现提高光催化制氢的能力。