中文摘要：

作为金属氧化物半导体光催化材料，TiO2在能源、环境和化工等领域都拥有巨大的应用市场。然而，材料光催化活性不够高和太阳能利用率偏低等问题影响了其工业化应用的步伐。将掺杂质引入晶格是对TiO2改性的最有效方法之一。非金属掺杂可使锐钛矿型TiO2有效可见光化，实现太阳能充分利用。且该过程具有高活性、高稳定性及环保等优点。鉴于此领域各种致活机理纷呈，以及实验研究丰富而理论研究相对较少的现状，从TiO2晶格中掺杂元素的作用机制出发，对其在TiO2晶格中的局域几何结构、化学环境、电子结构等进行研究，对其可见光致活机理进行探索和预测，可以为推动其工业化进程提供重要的理论基础。本项目采用量子化学计算方法，对包括C、S、Si等几类非金属元素及两种元素共掺杂的二氧化钛进行了研究，结合实验数据，得到了诸如二氧化钛掺杂机制、局域几何、光吸收性能、和可见光致活机理等一系列结论，从而为催化剂设计和反应条件优化提供基础数据和理论依据。