BiVO₄作为一种窄带隙光催化材料,其可以在可见光的条件下激发,大大提高对太阳能的利用率,提高对污染物的降解性能,但另一方面,带隙较窄使得材料在光催化反应过程中光生电子-空穴复合率较高。氧空位作为晶体缺陷的一种,其作为正电荷中心可以捕获电子,从而提高电子的迁移效率,降低电子与空穴的复合率,这对BiVO₄光催化性能的改善具有重要的影响。但氧空位对BiVO₄光催化性能影响的具体机理不明,需要更为深入地探讨氧空位的作用,对材料的基本物理性质和化学性质做进一步的了解。为此采用第一性原理的方法对含氧空位BiVO₄进行了一系列计算模拟,同时制备了含不同氧空位浓度的BiVO₄样品。本研究采用水热合成法制备出含氧空位的BiVO₄粉末,并通过控制煅烧时间的方式来控制氧空位的浓度,ESR的氧空位测定证明所制备出的材料和实验预期的一致。之后,本研究对样品进行了以下的表征分析及催化性能实验,模拟了有机污染物的降解,并将其与计算模拟结果结合分析,得到了以下结论:（1）通过对BiVO₄（001）完美晶面模型的构建和含有氧空位的BiVO₄（001）晶面模型的构建,模型优化后,发现氧空位不会对BiVO₄（001）晶面的结构造成影响,其晶格矢量、晶格体积均未发生显著变化。与之相对应的,通过XRD、SEM、EDS等对样品的表征分析,证实了氧空位的存在不会改变BiVO₄的晶体结构、形貌结构和元素组成,所制备出的材料均呈现为长1微米宽500nm的米粒状,且与单斜BiVO₄的XRD标准卡片的衍射峰一致。另一方面,XRD衍射峰中出现了（004）晶面,说明在（001）晶面上构建氧空位的模拟计算时是正确的。（2）通过对BiVO₄（001）晶面吸附水分子模型的构建和吸附氧气模型的构建,在界面体系优化后,发现氧空位的存在对界面上水分子的吸附并无显著影响,而对氧分子的吸附有显著的促进作用,其吸附能大大增加,发生了化学吸附,判断其与相应位置的V原子及Bi原子有电子的相互作用,被吸附的氧分子其O-O键变长,说明氧分子的活性增加,有助于在光催化反应中进一步生成超氧自由基,提高材料的光催化效果。样品在可见光照射下自由基生成的ESR图谱证实了超氧自由基的生成随氧空位含量的增加而增加。（3）通过对BiVO₄态密度的计算并对体系态密度的组成分析,发现BiVO₄价带顶主要由O 2p和Bi 6s轨道组成,而在导带底主要由V 3d、Bi 6p、O 2p轨道组成。同时,发现在含氧空位的晶面中出现了新的能级,该能级主要由氧空位所在位置原本的O原子成键的V原子及Bi原子贡献,该新能级将作为电子的捕获中心,加速电子的迁移速率同时减少电子与空穴复合的几率。另一方面,发现在不考虑该新能级的情况下,含氧空位的晶面与不含氧空位的晶面其带隙宽度一致,可以认为氧空位并不能改变BiVO₄整体的带隙宽度,仅能在氧空位中心处提供一个新的能级。该计算结果与实验结果具有一致性,在样品的紫外可见漫反射吸收光谱中显示氧空位并没有改变BiVO₄的吸收带边,三个样品的带隙均为2.48eV,该表征结果与第一性原理的计算模拟具有一致性。在3.3节和3.4节中的计算模拟中,氧空位的存在虽然会在材料原本的带隙中增加新的能级,但其不会影响材料整体的能带结构,对样品而言,一定浓度的氧空位不能改变整体的光学性质。（4）通过对电子分布和电子局域函数（ELF）的可视化,发现在含氧空位的BiVO₄（001）晶面中处于氧空位的位置仍然存在电子分布。电子局域函数（ELF）证实该电子主要由V原子提供。当存在氧原子时,V原子提供电子以与它们结合。当它们不存在时,V原子的多余电子变得离域化,其将有助于光催化反应的速率,增加有机物降解的速率。虽然一定浓度的氧空位不能改变BiVO₄整体的光学性质,但V原子的未成键电子引入的新的能级能作为电子的捕获中心,使得氧空位处氧分子的吸附能也显著增加,氧分子在吸附时有活性提高的现象,所以其能增加超氧自由基的生成,对光催化降解污染物的过程中起促进作用。与此同时,由于电子捕获中心的存在,电子与空穴的重新复合变得更为困难,而光生电子迁移至表面被氧气所捕获的几率增加,所产生的空穴参与反应的的几率也大大增加,其将更有机会与水分子发生反应,生成相应的羟基自由基。样品在可见光照射下自由基生成的ESR图谱证实了这一推论,罗丹明B的降解实验也从有机物降解的角度证实了这一推论,氧空位的含量高的样品比含量较低的样品罗丹明B的降解率增加了近一倍。