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二氧化钛(TiO2)有锐钛矿、金红石和板钛矿三种结构,其中锐钛矿二氧化钛的光催化活性最好,在环保和化工领域有重要的应用。锐钛矿二氧化钛的带隙为3.23 eV,对应的光波波长为383 nm,位于紫外光区,因此太阳光的利用率较低。通过掺杂改性,将二氧化钛的光学吸收边移至可见光区,可以提高二氧化钛的光催化活性。硫化锌(ZnS)是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,它可以发出黄、绿两种基色光,适于探测器、传感器、纳米激光器等的制作,广泛应用于导弹预警、火焰探测、电晕探测以及太空通讯等领域。纯ZnS的带隙为3.67eV,对应的光波波长为339nm,而日盲区紫外线探测器的截断波长要求小于280 nm,因此有必要制备带隙更宽的ZnS基材料。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Sc掺杂、存在氧空位以及Sc和氧空位共掺锐钛矿TiO2系统、Mg掺杂ZnS系统的电子结构和光学性质,并与可能的实验进行了比较,结果相符。论文的主要内容如下。(1)介绍了TiO2和ZnS的结构、基本性质、应用以及研究现状。简要介绍了密度泛函理论和我们的计算工具—-ABINIT软件包。(2)计算了Sc掺杂、存在氧空位以及Sc和氧空位共掺锐钛矿TiO2系统的电子结构和光学性质。结果表明,纯TiO2为间接带隙半导体,其价带主要来源于O2p态的贡献,导带主要来源于Ti 3d态的贡献。Sc掺杂对系统的主要贡献在价带区,在可见光区有明显的光吸收；氧空位可以使系统发生莫特相变,由半导体转变为金属；对于Sc和氧空位共掺的情况,当氧空位与Sc的掺杂位置相邻时,系统在可见光区有新的吸收峰,但其强度比单独掺杂Sc时小；当氧空位与Sc的掺杂位置不相邻时,系统在可见光区的吸收相干加强,从而可以明显地改善系统在可见光区的光催化活性。(3)计算了Mg掺杂ZnS系统的电子结构和光学性质。结果表明,纯ZnS为直接带隙半导体,价带主要来源于S 3p态的贡献,导带主要来源于Zn 4s态的贡献。对于Mg掺杂ZnS系统,随着掺杂浓度的增大,系统的晶格常数逐渐变大,符合Vegard’s定律。同时,Mg掺杂导致系统的带隙增大,吸收谱蓝移,这与实验结果一致。当掺杂浓度x=0.5时,光学吸收边在275nm附近,可以达到日盲区紫外线探测器的要求。