TiO2光催化技术受到世界各国环境能源研究者的强烈关注，TiO2本身又具有良好的化学稳定性、抗磨损性、耐光蚀、低成本和无毒等特性，因而被广泛的用来光解水、杀菌、太阳能敏化电池的制备等。通过修饰使得TiO2响应长波长的可见光部分，高效地利用自然能源─太阳能来解决环境能源问题成为TiO2光催化领域的一大热点。虽然掺V、Cr等也有较好的可见光响应特性，但是掺杂过渡金属会导致TiO2的热稳定性下降、载流子的复合中心增多、或者需要昂贵的离子注入设备。通过掺杂等修饰后，理想的TiO2应具备：①可明显吸收可见光②其最低导带底、杂质能级应该与未掺杂TiO2一样或应高于H2/H2O的电位以保证光还原反应③禁带中杂质能级应有效的与TiO2的电位的导带价带重叠以保证光生载流子在其生命周期内有效输送到表面活性中心，加速载流子分离，提高光催化性能。在2001，R.Asahi等人在以上三个条件假设下，通过完全势线性缀加平面波模型分别计算了C、N、F、P、S取代锐钛型TiO2中晶格氧时的态密度后发现，N由于其2p轨道和O的2p轨道杂化使得禁带宽度减小，从而最有效，从而掀开了可见光响应型非金属掺杂TiO2光催化剂的先河。