环境污染和能源短缺已经成为了人类可持续发展和社会稳定的绊脚石。光催化技术是解决环境问题和能源问题最重要的手段之一。对于光催化材料的实际应用还存在两大关键问题:（1）光响应范围窄,对可见光利用率低;（2）光生电子空穴对复合率高,导致光催化量子效率低。电子结构从本质上决定了光吸收范围、光生载流子的转移和分离,从而决定了光催化剂的光催化性能。以能带工程为指导思想,通过均相氧空位自掺杂来优化半导体光催化材料的能带结构,缩短带隙并增加价带宽度,从而增强材料的可见光吸收和促进有效的电荷传输和分离,进一步获得高效稳定的光催化性能,是近年来的工作热点。本论文以SnO₂和Zn O半导体光催化材料为研究对象,通过氧空位自掺杂来调控其能带结构,并揭示了其光催化性能提高的机理。具体研究内容如下:通过简单地一步水热法合成了具有丰富氧空位自掺杂的二氧化锡纳米颗粒。我们采用X射线光电子能谱、拉曼光谱、光致发光光谱、电子顺磁共振谱确认了二氧化锡样品含有大量的氧空位。结合第一性原理计算,从理论上揭示了缺陷二氧化锡的电子结构:价带顶上升,带隙变窄,价带变宽。价带加宽有利于光生载流子的有效转移和分离,因此氧空位自掺杂SnO₂表现出了较高的瞬时电流密度。带隙变窄拓展了其对光的吸收范围,因此氧空位自掺杂SnO₂表现出了一个宽的吸收范围（紫外区-可见区-近红外区）,可以更加充分地利用太阳光。宽的光吸收范围和高效的光生载流子转移和分离效率进一步地提高了材料的可见光催化性能。因此,在可见光下（λ≥420nm）,甲基橙在20分钟内就被完全分解,表明了氧空位自掺杂SnO₂优异的可见光催化活性。简单地说,该工作从实验和理论上证明了均相氧空位对SnO₂电子结构的调优作用,并进一步地导致了其高效的可见光催化活性。采用简单的一锅溶剂热法成功地制备了氧空位自掺杂SnO₂量子点。TEM测试结果表明,SnO₂量子点粒径为2nm左右,且分布均匀,分散性较好。高浓度的氧空位引入使得SnO₂量子点价带变宽和能带缩小,进一步地拓展了光吸收范围和光生载流子的转移和分离效率,促进光催化反应。而且,SnO₂量子点比表面积大,反应位点多,且光生载流子从体相扩散至表面所经历的路径短,从而表现出了极其高效的可见光催化性能。利用简单的两步法制备了分散均匀的氧空位自掺杂ZnO球型纳米颗粒。通过在不同温度下对ZnO₂退火来调控ZnO样品中氧空位的浓度,实现能带调制。通过X射线光电子能谱和光致发光图谱测试证明了ZnO中氧空位的存在。其中在450℃退火制备的ZnO样品中氧空位浓度高,不仅有很宽的光吸收范围,而且具有较高的光生载流子转移与分离效率,所以在对亚甲基蓝的降解中表现出了最好的光催化活性。