世界80%以上的能源需求仍然来自化石燃料的燃烧,用清洁、廉价且可再生的新能源将其替代是解决该问题的首要途径。太阳能每年提供的能量是全世界已知化石燃料储量燃烧后的100多倍。半导体光催化分解水是利用太阳能制氢的重要途径之一。迄今为止,已经报道了数百种基于金属氧化物的光催化剂,它们具有不同的结构和组成。然而由于带隙较宽、易发生光腐蚀以及量子效率低等原因导致很多半导体光催化剂光解水制氢效率并不理想。为解决这类问题,可以通过掺杂、对材料表面进行改性、构建异质结构等方法提高这些半导体材料的光催化活性。具有钙钛矿结构的化合物（ABX3）因其结构简单,组分元素广泛,稳定性好,并且具有优良的光催化性能等优势,成为了发展前景较好的半导体光催化材料。其中,钛基钙钛矿型半导体材料（ATi O3）在紫外光区表现出很高的光催化活性,此类材料的特点如下:（1）晶体结构多样,有利于合成和改性;（2）ATi O3型体相结构具有特征性,易于推测表面的相关性质;（3）组成元素的化学计量数和内禀缺陷具有多样性,为实现性质的调控提供了多种手段;（4）此类材料的固体的物理及化学性质已积累丰富的研究成果。阴阳离子共掺杂是调整半导体光催化剂电子结构的有效方法。本文采用杂化密度泛函理论计算方法,系统研究TM和X（TM=V,Nb,Ta,Mo和W,X=N和C）共掺杂宽禁带的立方相BaTiO3晶体,旨在提高其可见光照射下吸光能力和分解水的光催化活性。计算结果表明,共掺杂BaTiO3比TM单掺杂体系热力学上更为稳定,有利于（TM+X）共掺杂材料的合成;BaTiO3晶体结构的变形越小,越有利于（TM+X）共掺体系的形成。所有共掺杂体系的能带位置均满足于水的光氧化和光还原要求。其中有七个体系的带隙小于3e V,Mo/W与N共掺体系对减小带隙最为有效（带隙范围在1.55 e V～2.16 e V之间）,且提高了光诱导载流子的迁移率,从而有效提高BaTiO3在可见光下的光催化活性。在对体相结构研究的基础上,进一步研究了金属阳离子和非金属阴离子共掺杂对四方相BaTiO3（001）表面的稳定性、电子结构和光催化活性的影响。杂化密度泛函理论计算结果表明,所有金属（TM）-非金属（X）共掺杂BaTiO3（TM=V,Nb,Ta,Mo,W和X=N,C）体系在热力学上是稳定的。大多数共掺杂表面比纯净BaTiO3（001）表面具有更窄的带隙,这有利于吸收光谱向更长的波长区域移动。与纯表面相比,共掺杂体系对H2O有更好的亲和力,水的解离吸附在能量上比分子吸附更有利。对于大多数研究体系来说,共掺杂后的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）分别发生在与掺杂剂M相邻的O位和Ti位。对于纯净BaTiO3（001）表面,HER的自由能变?H的计算值为0.68 e V,OER的过电位为1.13 V。（V+N）,（Nb+N）,（Ta+N）,（W+C）,（Mo+2N）和（W+2N）共掺杂体系|?H|的计算值小于0.15 e V,HER活性相比于纯净表面显著提高。（Mo+N）,（W+N）,（Mo+C）,（Mo+2N）和（W+2N）共掺杂BaTiO3的OER的过电位为0.59～0.74V,较纯净表面显著降低。这项工作提出,BaTiO3表面共掺杂可以有效提高对可见光的吸收,改善光催化分解水活性,为合成高效光催化剂材料提供了理论依据。负载NiO助催化剂的SrTiO3是为数不多可分解纯水的光催化剂之一。然而,NiO颗粒在光催化体系中的作用尚不完全清楚。基于密度泛函理论计算对NiO/SrTiO3体系进行了理论研究,以揭示将NiO负载到SrTiO3表面所获得的高效光催化性能的微观机理。通过考虑SrTiO3（001）表面的两个可能终端,计算了NiO（001）/SrTiO3（001）的界面几何结构、电子结构、电荷密度和光学吸收。Sr O终端与NiO（001）（NiO/Sr O）搭建的界面比含有Ti O2终端与NiO（001）（NiO/Ti O2）连接的界面具有更强的共价相互作用。对电子性质和电荷重排的分析表明,界面结构的形成降低了光生载流子的有效质量,导致II型能带排列,有利于光生载流子向构成界面的两个组分迁移。在SrTiO3侧聚集的电子将参与析氢反应,而在NiO侧聚集的空穴将参与析氧反应。由于异质结构间接带隙的特性,界面附近的几何重构对吸收带边的扩展没有影响。研究表明,NiO作为水氧化助催化剂,抑制了光诱导电子空穴对的复合,从而提高了SrTiO3体系的光催化活性。