以TiO2为代表的半导体光催化氧化技术,能在常温下利用光能氧化分解污染物,是具有广阔应用前景的环境治理新技术。然而,作为宽带隙半导体TiO2只能对太阳光中约占3%的紫外光的照射有响应,太阳能的利用率很低。通过掺杂对TiO2进行带隙调控,从而获取可以响应可见光的TiO2基可见光光催化剂一直是人们努力的目标。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,应用Materials Studio材料模拟软件,通过建立超晶胞掺杂模型,对锐钛矿相TiO2、金属离子(Co2+、Fe3+、Zr4+、V5+、W6+)替代Ti4+掺杂及金属离子晶格间隙掺杂、三种不同掺杂方式下的S掺杂及Fe3+-S2-共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性能进行了模拟计算。论文主要结论如下：(1)锐钛矿相TiO2的价带和导带分别主要由O 2p轨道和Ti 3d轨道贡献,在220nm处出现强的紫外吸收峰,光吸收阂值在400nm附近。(2)金属离子掺杂时不同离子及不同掺杂方式所形成的杂质能级位置各不相同,对TiO2能带结构产生的影响也不同。杂质能级的形成主要是金属Co 3d、Fe 3d、Zr 4p及4d、V 3p及3d、W5p及5d轨道的贡献。金属离子掺杂导致了在紫外-可见吸收光谱中TiO2吸收边沿的红移或者新的吸收峰的出现。金属离子替代掺杂后光响应能量阀值从小到大依次是：Fe3+、Co2+、V5+、Zr4+、W6+掺杂。其中,Co2+、Fe3+、Zr4+、V5+掺杂的吸收边带红移,而W6+掺杂在可见光区域出现了很强的新的吸收峰；金属间隙掺杂后,TiO2在可见光区400-600nm范围均出现了较大的吸收系数。(3)三种S掺杂形式(阳离子替代、阴离子替代、间隙掺杂)下,局域于价带项之上均出现了S 3p杂质态,该杂质态对掺杂TiO2的带隙进行了调节；价电子的跃迁由价带到导带过程转变为由S 3p跃迁至导带,造成了S掺杂TiO2吸收边沿的红移。S2-阴离子杂质态能级位置比相应浓度的S6+阳离子掺杂杂质态位置更低,所以改性后表现出更强的可见光催化活性,光响应阀值达600nm。间隙掺杂的特别之处在于：间隙S掺杂较两种替代掺杂多产生一条作为价电子跃迁的过渡杂质能带,在可见光范围内具有更高的响应性,其可见光响应波长达600-700nm。(4)Fe3+-S2-共掺杂能带结构类似于Fe3+、S2-单离子掺杂的叠加。复合价带顶及局域于导带底之下的Fe 3d杂质态对TiO2的带隙进行了调节；Fe 3d及S 3p轨道贡献的跨越费米面的杂质态,改变了电子跃迁的过程,间接降低了电子跃迁所需的能量。共掺杂改性的光响应范围较单离子改性又有了进一步的拓展,光响应范围拓宽至600-700nm的长波可见光区域。模拟计算结果阐明了不同离子随掺杂浓度变化对TiO2电子结构的作用规律,揭示了不同离子及不同掺杂方式下改性TiO2可见光催化活性提高的内在机理,为探索离子掺杂改性的实验研究提供了理论依据。