TiO2因廉价、无毒、化学稳定性好，紫外光照下活性高等优点倍受关注。但是由于二氧化钛的禁带宽度的制约，二氧化钛对太阳光不能进行充分的利用。N掺杂改性TiO2之后可以使得其在可见光下更容易产生催化作用。　　 因此，本文旨在借助计算机技术，系统地对N掺杂金红石相TiO2进行了分析。　　 首先，本文介绍了当前关于TiO2研究的背景、现状和应用前景。其次，文章对采用的理论和计算机模拟技术做了相应的阐述。重点描述了第一性原理方法的基本原理，数学方法，应用范围，取得的成果等。对其中的电子密度泛函理论、局域密度近似、广义梯度近似等几个重要概念进行了简单说明，并将模拟计算中用到的CASTEP软件包的相关特性和操作进行了介绍。　　 研究思路为：建立超晶格形式的掺杂TiO2模型，应用第一性原理，采用广义梯度近似对掺杂进行了结构优化，以局域密度近似计算掺杂TiO2的能带结构，态密度。　　 分别分析了N、B、C、F四种阴离子掺杂的情况，结果显示N原子杂质掺杂能有效缩减带隙，并形成p型半导体，使掺杂晶体具备较强的电子吸附效果和氧化性，而C、B原子掺杂后，原子中p轨道电子在费米能级附近形成了跃迁能级，使材料具备了较强的导电能力，失去了半导体材料的特征。F掺杂后费米能级处在导带底，构成了n型半导体。分析表明，N原子具有最优的改性优势。　　 对比双N原子掺入金红石相TiO2的几何结构和电子结构。计算结果表明，两个N原子杂质占据两个相邻的B原子位置时最稳定。从能带结构和态密度分析可以看出，双N原子掺杂TiO2致使其在带隙中出现了杂质能级，且当杂质原子采取最近邻占位时，带隙最小，表明其更能增加光催化活性，随着两个杂质原子的距离增大，带隙会逐渐变大。通过以上结论，确定了双N掺杂时，N原子所处的对应位置。　　 为考虑实际情况下电中性的原则，在选定双N位置的基础上，结合氧空位的情况进行了模拟计算，发现晶体材料带隙变小的主要原因是杂质能级的出现，但是导带与价带之间的绝对带宽依然存在。引入一个氧空缺位后，计算结果表明当氧原子空位邻近两个氮原子且处于背对位置时，能量最低，结构最稳定。从能带结构和态密度分析发现，当增加空位时，杂质元素对费米能级的迁移影响并不大，反而由于氧的空缺，导致金属原子的导带向费米能级移动，形成了N型半导体材料，但光催化活性反而不如双N掺杂情况。