采用负载金属、掺杂过渡金属离子或非金属元素等方法对TiO₂（110）面进行改性是提高其在可见光区催化活性的有效途径,研究改性表面的电子结构对于揭示其表面反应机理,指导新型复合光催化剂的设计合成具有重要的科学意义和广泛的实际应用。本文在DFT-B3LYP 框架下用簇和平板模型相结合的方法对氧缺陷及金属修饰TiO₂（110）面的电子结构进行了系统研究,确定了负载金属在TiO₂（110）面的稳定构型,揭示了氧缺陷,碱金属、过渡金属负载和Cr 掺杂产生的不同表面态的轨道本质及其催化反应机理。具体结果如下: 1.TiO₂ （110）完整和缺陷表面均存在明显的弛豫现象,基于弛豫结构对氧缺陷表面吸附O₂的研究首次发现,表面上产生的活泼O₂^2-和O₂^-致使该表面具有强氧化能力,该结果从理论上揭示了其活性表面态和光催化作用的本质。2.碱金属（AM）倾向于以“adjacent”模式负载在TiO₂（110） 完整表面,AM的s 电子主要转移给Ti（5f）并在带隙中出现Ti³⁺的自旋极化态;首次从理论上发现了一种不同于氧缺陷的表面态新形式,其表面态的活性位为Ti（5f）而不是氧缺陷表面的Ti（4f）位。NO 以O 端吸附在AM/ TiO₂（110）面的Ti（5f）上并被解离形成氮化物。3.后过渡金属（Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt）倾向以垂直于O（2f）的形式负载在TiO₂（110） 完整表面,负载后出现了不同于氧缺陷及AM/ TiO₂（110）的表面态,其吸附活性位为这些金属。该表面态可提高完整TiO₂（110）面对CO、NO 催化分解活性。4.Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co 同样以垂直负载于TiO₂（110） 完整表面的O（2f）上为有利,并同样产生以这些金属为活性位的表面态。负载上去的金属d 能带由周期表从左至右逐渐下降并进入E_F,最后Co 的d 轨道部分进入成键区。5. TiO₂（110）面掺杂Cr 可以产生不同于氧缺陷、碱金属及过渡金属负载的新表面态,其表面态为靠近E_F 的Cr3d 电子占据能带,带隙由原来的3.13ev 降至1.16eV,因此,掺Cr 后TiO₂ 可在可见光区发生光催化作用。