TiO₂是目前研究最为广泛的光催化剂,它具有良好的化学、物理稳定性、成本低廉。本文基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势方法,利用模拟软件MS（materials studio）中的Castep计算模块,深入细致的研究了锐钛相TiO₂晶体的几何结构、能带结构、电子态密度,以及不同金属（Cu,Zr,In,Sr,Ta,Bi,Nb,V）的掺杂、金属掺杂浓度以及掺杂方式的不同对TiO₂晶体几何结构和电子结构的影响,从对计算得到的能带结构和态密度等数据的分析可以发现:掺杂离子的能级位置对TiO₂的可见光吸收效率有重要影响。结果表明:Bi离子和Cu离子的掺杂可以明显减小带隙宽度,是较好的研究方向。通过对ABO₃钙钛矿型复合氧化物的能带结构和态密度进行研究,计算结果表明CrTiO₃的导带和价带位置比较理想,进而用铋离子对其进一步掺杂,但Bi的掺杂反而使体系的带隙值增大,不利于提高催化剂的光利用效率。另外,本文根据文献中出现的公式,结合已经计算出来的催化剂的带隙值,确定了催化剂的能带边的位置。确定了Cu掺杂的TiO₂,CuO/TiO₂异质结,SrTiO₃/TiO₂复合物是较好的能够满足CO₂光催化还原需要的催化剂,不但满足了CO₂光催化的电化学条件,同时带隙值也不同程度的减小,对光的利用比较充分。在文章的最后,结合设计的催化剂,探索了满足条件的催化剂的作用机理,并通过实验验证了CuO/TiO₂异质结催化剂的光催化效果。