环境污染和能源短缺问题日益突出,利用太阳能驱动的半导体光催化合成氨技术展现出不俗的潜力。层状复合金属氢氧化物（LDHs）因特殊的层状结构被认为是具有潜力的光催化合成氨材料。影响LDHs光催化合成氨反应效率的因素主要有载流子的分离效率和催化剂的表面状态,其中缺陷工程因能构筑表面活性位点而被广泛应用。目前已有多种实验方法设计并合成LDHs,但是关于载流子的迁移行为尚未通过实验手段说明。此外,关于含空位LDHs光催化合成氨的机理研究尚不明确。因此,本文通过理论计算的方法来揭示LDHs中载流子迁移行为以及含空位LDHs光催化合成氨机理,并阐释了空位种类和数量与合成氨性能之间的构效关系,主要研究内容和结果如下:（1）基于Marcus理论计算了Mg2Al-Cl-LDH光催化过程中的电子和空穴沿着z方向（即沿（110）晶面）的三条路径的转移积分（V）、重组能（λ）、吉布斯自由能变（ΔG）,判断出路径3（即层板→层板）是电子在z方向最可能的转移途径。通过计算得出8种M2ⅡMⅢ-Cl-LDHs(MⅡ=Mg2+,Co2+,Zn2+,Ni2+;MⅢ=Al3+,Cr3+)光催化过程中电子和空穴沿着路径3的载流子迁移率均为0 cm~2·V-1·s-1,这表明电子-空穴对沿着z方向的迁移几乎是不可能的。结合前期工作中得出的结论:LDHs在x和y方向（即沿（003）晶面）的载流子迁移率不为0 cm~2·V-1·s-1,即电子-空穴对可以沿LDHs的x和y方向传输,且Ni2Cr-Cl-LDH、Zn2Al-Cl-LDH和Zn2Cr-Cl-LDH在x和y方向上的载流子极性相反,进一步抑制了电子-空穴对的复合。由此提出两种LDHs基光催化剂的设计策略:（1）减少LDHs基光催化剂的层数,这样光催化剂在（003）晶面产生的载流子才能迁移到反应位点;（2）通过调整LDHs层板中的金属物种,使载流子在x、y方向的极性不同,避免载流子的快速重组。（2）基于Hubbard校正的密度泛函理论计算了6种M2ⅡMⅢ-Cl-LDHs(MⅡ=Mg2+,Zn2+,Ni2+;MⅢ=Al3+,Cr3+)LDHs的电子性质（能带结构、电子态密度、功函数、能带边缘位置）。结果发现Ni2Al-,Mg2Cr-,Ni2Cr-,Zn2Cr-Cl-LDHs对可见光响应,Mg2Al-,Zn2Al-Cl-LDHs对紫外光响应,且6种LDHs均具有正的光催化驱动力。计算了6种含氧空位的LDHs（003）表面上沿远端、交替和混合路径光催化合成氨反应的机理。结果表明:Mg2Al-Cl-LDH和Zn2Al-Cl-LDH的优势路径为混合路径;Ni2Al-Cl-LDH和Ni2Cr-Cl-LDH的优势路径为远端路径;而Mg2Cr-Cl-LDH和Zn2Cr-Cl-LDH不能发生光催化合成氨反应。通过对比无空位表面和含氧空位的Ni2Al-Cl-LDH光催化合成氨反应的机理发现,氧空位的引入使得合成氨反应中优势路径的势能决定步（PDS）所对应的吉布斯自由能变(ΔGPDS)降低1.04 e V。Ni空位的继续引入使得ΔGPDS进一步降低0.17 e V,这表明增加空位的种类和数量可以有效降低ΔGPDS,有利于光催化合成氨反应。本论文从电子层面提出了LDHs基光催化剂理论设计的思路,同时,为了解LDHs光催化合成氨反应的机理提供有益的理论信息和指导。