半导体光催化在解决环境污染和能源短缺问题方面是一种行之有效的方法。但是传统的光催化材料由于带隙较宽以及量子效率较低,限制了光催化技术的进一步发展。因此有必要开发新型光催化材料。金属硫化物是新型光催化材料的重要代表,由于其结构类型多样,物理化学性质灵活可调,来源丰富且廉价,大多具有潜在的高效光催化性能,为新型光催化材料的开发提供了丰富的素材。本文以典型的过渡金属硫化物Cu_xS_y（1≤x/y≤2）和重金属硫化物Bi₂S₃为代表,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究金属硫化物光催化材料的基本性质,并通过构建异质结构对其光催化性能进行改性。主要研究的内容及结果如下:（1）Cu_xS_y光催化材料的结构与性质:采用基于DFT理论的第一性原理计算方法研究不同计量比的重要的金属硫化物Cu_xS_y的电子结构和光学性质。Cu_xS_y是一个自掺杂半导体,通过改变铜空位或者硫空位的含量来改变其计量比。通过研究发现,产生铜空位后,带隙增加;而产生硫空位后,带隙减小。铜空位或者硫空位产生后,价带中的空带的比例有规律性的变化。这种变化会对光学性质产生一定的影响,这些铜硫化物可能会因此产生局域表面等离激元共振效应。不同化学计量比的铜硫化物表现出各不相同的电子结构和性质,在光催化中可以通过调节其化学计量比来调节其光催化性能。（2）Cu₇S₄/MnS异质结构的界面与性质:研究了Cu₇S₄/MnS异质结构的电子结构、界面结构和相关的界面性质。结果显示,该界面模型界面能为正值而且相对较小,表明该异质结构稳定且易于制备。构成界面后,Cu₇S₄的（101）面和MnS的（110）面之间形成Ⅱ型异质结,电子从Cu₇S₄层转移到MnS层,由于内建电场的方向也是从Cu₇S₄层指向MnS层,会促进电子从Cu₇S₄层转移到MnS层,因此很好地实现了电子-空穴对在空间上的分离,从而使光催化性能得到明显提高。（3）Bi₂Q₃光催化材料的结构与性质:研究了五种铋硫族化合物（包括:Bi₂O₃,Bi₂S₃,O-Bi₂Se₃,T-Bi₂Se₃,Bi₂Te₃）的晶体结构,电子结构和光学性质。得出以下结论:作为同一主族的铋化物,Bi₂Q₃的电子结构,表现出明显的相似性和趋势。同时,由于组成和晶体结构的不同,它们电子结构也存在一些差异。铋硫族化合物的光学性质通常随着VI族元素的原子序数的增加而增强。而且,晶体的微观结构也对光学性质有重要影响。它们在电子结构和光学性质方面的差异使Bi₂Q₃适用于不同的应用。Bi₂O₃和Bi₂S₃在紫外和可见光区有良好的光吸收,它们经常被用作光催化剂。（4）CuS/Bi₂S₃异质结构的界面与性质:研究了由CuS的（001）面和Bi₂S₃的（100）面组成的CuS/Bi₂S₃异质结构的电子结构、界面结构以及相关界面性质。得出以下结论:该界面具有小的晶格失配并且很稳定。由于界面处的键合模式和化学环境不同,界面模型的电子结构与体模型和表面模型相比具有不同的特征。形成界面后,Bi₂S₃的带边相对于CuS向下弯曲形成II型异质结,有利于提高光催化性能。此外,平衡状态时,内建电场的方向是从Bi₂S₃层指向CuS层,因此光生电子-空穴对可以通过CuS/Bi₂S₃界面实现空间上的分离。此外,CuS/Bi₂S₃异质结构不仅可以提高体相CuS的光吸收性能,还可以降低窄带隙半导体Bi₂S₃的光生电子-空穴对的复合。以上这些都使得光催化性能得以提高。本文研究了典型的过渡金属硫化物Cu_xS_y和重金属硫族化合物Bi₂Q₃（Q=O,S,Se,Te）光催化材料的电子结构和相关性质,对它们的基本物理化学性质进行了全面的研究,理清了计量比对Cu_xS_y光催化材料的电子结构和相关性质的影响,深入清晰地了解了Bi₂Q₃材料的成分和晶体结构对其电子结构和光学性质的影响。在此基础上,发现需要对其中的一些金属硫化物改性。金属硫化物之间的异质结构一直受到广泛的关注。因此,以Cu₇S₄/MnS和Bi₂S₃/CuS的异质结构为例,深入研究了其结构和界面性质,理清了它们光催化性能增强的内在机理。本文的这些研究结果为开发新型金属硫化物光催化材料、及其异质结构复合光催化材料的提供了参考案例和一定的理论支持。