锐钛矿型二氧化钛（TiO2）是一种非常理想的半导体光催化剂，由于具有催化活性高、稳定性好、对人体无毒、成本低等优点被广泛用于环境保护和能源再生等领域。然而它的禁带宽度较大(3.2eV)，只有波长小于387nm的紫外光才能使TiO2产生光催化作用。而占太阳光能约43%的可见光得不到充分利用。为了有效的利用太阳能，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了几种离子掺杂在改进TiO2可见光响应方面的作用。首先，研究了N-B共掺杂TiO2的几何结构、电子结构和光学特性。选取了三种不同的掺杂结构，即N s B i （N替位O，B填隙）、N s B s （N、B双替位O）和N i Bi（N、B双填隙）共掺结构。采用GGA方法对几何结构进行优化，然后采用GGA+U的方法对N-B共掺的TiO2的电子结构和光学特性进行了计算，我们发现三种共掺结构都能产生带隙态，但是只有N s Bi共掺结构能产生可见光吸收，而且可见光吸收与掺杂原子之间的距离有关系，当N和B原子之间的距离较近时，可见光吸收强度很弱，随着距离的增大，吸收强度明显增强。结合电子态密度与介电函数虚部的结果，我们可以得出此可见光学跃迁归因于N的2p态到Ti的3d态之间的跃迁。其次，采用同样的方法研究了C-N共掺TiO2的电子结构和光学特性。采用GGA和GGA+U方法分别计算了纯TiO2的能带结构，结果表明GGA+U能有效的改进TiO2的带隙。与纯的TiO2相比，C、N单掺杂和C-N共掺后的带隙均减小，而且共掺所导致的带隙减小程度要大于单掺杂的情况。从光学特性看，三种掺杂体系的带边均发生了红移，并且在450-800nm范围内出现了吸收，C-N共掺TiO2的吸收强度要优于C和N单掺杂的情况，也就是说C和N共掺杂的时候出现了协同效应。根据计算结果，我们可以得出C-N共掺TiO2的可见光学跃迁归因于N和C杂化的2p态到Ti的3d态之间的跃迁。最后，我们采用GGA的方法计算了Cu、Ag和Au掺杂TiO2的电子结构和光学特性。Cu，Ag和Au掺杂后会在TiO2禁带中不同位置处产生带隙态，三种元素掺杂后都能使带隙缩小，而且都能产生可见光吸收。Cu和Ag掺杂产生的可见光吸收很强，而Au掺杂导致的可见光吸收很弱。根据三种元素掺杂后的能带结构，我们给出了可见光学跃迁机理。Cu掺杂后产生的吸收与Cu3d-Ti3d跃迁是对应的。Ag掺杂产生的可见光吸收与Ag的4d态到导带的跃迁相对应。而Au掺杂后产生的可见光吸收，与价带顶端和Au的5d带隙态之间的跃迁对应。