Sr TiO₃是一种典型的钙钛矿金属氧化物,它的光催化能力和导电能力均受到广泛地关注和研究。它不但可以应用于生产氢能源,而且可以通过氧化来降解污染物。长久以来,它是良好的半导体材料,被应用于电容器和传感器等设备。目前,尽管对Sr TiO₃的电子结构、半导体掺杂、光催化能力预测等方面进行了大量的理论和实验研究,但是掺杂元素和掺杂方式对Sr TiO₃体系的电子结构、光学性能的影响机理仍存在着分歧。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理及平面波超软赝势的方法,对Sr TiO₃元素单掺体系和元素共掺杂体系材料的电子结构、导电性和光学性质进行研究,为实验和生产高性能的透明导电薄膜和高效的光催化剂提供理论依据,所用软件为Materials Studio 6.1中的CASTEP软件包。主要研究内容及结果如下:一、将金属元素Nb掺入钛酸锶晶体中,选取不同的掺杂浓度。基于第一性原理进行计算,从而研究Nb掺杂浓度对钛酸锶体系的稳定性及光电性能的影响。主要描述了Nb掺杂对钛酸锶体系的形成焓、电子结构参数、导电性及光学吸收能力的影响。通过分析电子结构参数的变化,从微观上揭示了掺杂元素对导电机理和对光学吸收的影响。结论表明,不同浓度的Nb掺杂体系具有不同的应用价值。当掺杂浓度是1.11at.%时,掺杂体系在可见光区有很强的吸收,可以做光催化剂。1.67at.%和2.5at.%的Nb掺杂体系将是潜在的透明导电材料。二、计算了S,C阴离子以不同的相对位置共掺杂钛酸锶体系的电子结构和光学吸收,预测了四种可能的结构的光催化能力。发现原来的带隙内产生了间隙杂质能带,这些杂质能带在四种不同的结构中,既有相似的表现,又有不一样的作用。就S-CI和S-CIII而言,优化后具有微弱的晶格畸变,且带隙足够窄,占据态较强,空穴数略有下降。在S-CII和S-CIV中,优化后发生了剧烈的晶格畸变,间隙杂质能带变得孤立,无法像S-CI和S-CIII体系的间隙杂质带一样,没能有效地窄化带隙。而且S-CIV中有一条远离价带的非占据的杂质带,这条特殊而且强度足够大的的杂质能带扮演了光生电子与空穴的复合发光中心。最终,S-CI被确定为最佳的光催化剂材料。三、使用第一性原理计算并研究了C掺杂Sr TiO₃、2C掺杂Sr TiO₃、C-Nb以及C-2Nb掺杂Sr TiO₃的电子和光学性质。C掺杂Sr TiO₃的带隙间有三条间隙带,它们由C 2p态生成,可以为电子转移有效地抑制带隙,然而部分C 2p态是非占据的,这些非占据态可能作为电子和空穴的复合中心。因此,我们考虑到引入Nb进行电荷补偿。于是我们通过构建出两种可能的结构（C-Nb以及C-2Nb掺杂Sr TiO₃）,对此进行了全面研究和比较。当引入两个Nb原子时,C单独掺杂Sr TiO₃原来的非占据的间隙带被完全占据了,因为两个Nb原子贡献了足够的电子。此外,我们计算并研究了本征Sr TiO₃与C-Nb以及C-2Nb共掺Sr TiO₃的光学性质。最终发现,C-Nb以及C-2Nb共掺Sr TiO₃的吸收可以覆盖整个可见光区。