本文从理论和实验两方面探讨第四周期过渡金属和稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性的影响。理论上采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对TiO2掺杂前后的几何结构、能带结构、态密度以及电子结构进行了系统研究。结果表明:掺杂效果和周期表中掺杂金属元素外层电子轨道排布规律基本一致,即含有较少d和f轨道的掺杂引入的杂质轨道较少,而含有较多d和f轨道的掺杂会引入更多的杂质轨道并可能成为光生电子和空穴的复合中心。另一方面,采用溶胶-凝胶法制备了7种过渡金属(TM=Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)和9种稀土金属(RE=Y、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb)掺杂的粉体,用XRD和UV-Vis分别表征其晶体结构和光学吸收性质。理论预测与实验结果基本一致,从而揭示了第四周期过渡金属和稀土金属掺杂时,掺杂效果与掺杂元素外层d和f轨道电子排布密切相关的本质规律,指明了一些过渡金属和稀土掺杂会有利于TiO2光催化活性的提高。