利用光催化剂进行光催化水分解产氢,将太阳能转化为氢燃料,是一种清洁和可再生能源的潜在解决方案。设计能同时吸收可见光和高迁移率的光催化剂一直是发展的目标,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用钙钛矿型晶体钛酸锶材料作为研究对象,通过一系列过渡金属M(M=V,Cr,Mn,Zr,Nb和Mo)单掺杂改性以及过渡金属M和非金属元素N进行共掺杂改性,从而获得高效光催化材料。主要研究内容为采用第一原理理论计算方法,通过研究改性材料的电子结构性质,电子迁移能力和表面反应性质,来进行光催化材料综合性能研究。几何结构研究结果发现单掺杂比双掺杂更容易实现,因为前者的掺杂能更低,引起的晶体结构变化小。在单掺杂中,V单掺杂有着最小的带隙,其带隙为1.95 eV,能带结构分布合理,价带和导带分布分布在水氧化还原能级两端。在双掺杂体系中,除掉含有使载流子迁移率降低的杂质能级的掺杂体系,N-Nb共掺杂在一系列共掺杂中具有最小的带隙,其带隙为1.90 eV,能带结构分布合理,价带和导带分布分布在水氧化还原能级两端。V单掺杂和N-Nb共掺杂在载流子迁移能力方面的表现也更优于未掺杂体系。进一步的研究发现,V单掺杂使SrTiO3表面水解反应需要更大的能垒,而N-Nb共掺杂则可以显著降低水解反应需要的能垒。综上所述,N-Nb共掺杂体系不仅有着合适的价带和导带位置,可以有能力同时进行水的光氧化和光还原反应,还能显著降低水的分解反应能垒,对于可见光领域分解水是非常有应用前景的材料。