光催化技术可以直接利用太阳能、反应条件温和、几乎不产生二次污染，被认为是解决环境污染和能源短缺两大难题最有效的方法之一。光催化剂是光催化技术的核心之一，当前光催化剂的研发主要面临以下问题：光能的利用效率比较低、载流子的分离和迁移速率低、表面反应速率较慢等。对于微尺度的光催化材料，理论计算可以模拟探究材料的电子结构和光电性质来弥补实验检测方法的不足。此外，理论计算还可以研究反应的机理。针对当前光催化剂研究过程中存在的问题，本文以含铋半导体光催化剂BiOX和Cs2AgBiBr6作为研究对象，采用第一性原理，从增强光吸收、促进光生电子-空穴分离和迁移、增加表面反应速率等角度出发，模拟研究构建异质结、掺杂、厚度调控等对光催化剂活性的影响，为光催化剂的理性设计提供参考。
　　论文主要研究内容和创新点如下：
　　1.首次通过PBE和HSE06方法对比研究了二维MoS2/BiOX异质结的几何结构、电子性质以及光学性质。MoS2和BiOX结合形成的MoS2/BiOX异质结属于Ⅱ型异质结构，该结构有利于光生电子-空穴的迁移。通过计算态密度、平面平均差分电荷密度、三维差分电荷密度、功函数等性质证明光生电子从MoS2转移到BiOX。相比单一材料，MoS2/BiOX性能明显提升。此外，计算得到的有效质量数据表明MoS2/BiOI的电荷载流子的迁移速率最高，MoS2/BiOBr次之。在光吸收方面，MoS2/BiOI也是三者中最优异的。带边分析说明MoS2/BiOX的能带结构适用于很多光催化反应。MoS2/BiOI潜在的优异光催化性能可能归因于形成了Ⅱ型异质结构和X位碘原子的掺杂。
　　2.理论研究了无铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6的几何结构、光电性质等。考虑自旋轨道耦合效应后，Cs2AgBiBr6表现出受厚度调控的能带结构和光学性能。随着材料厚度从五层减少到二层，材料的带隙逐渐变大，导带底逐渐升高、价带顶逐渐降低。模拟计算结果表明，多层Cs2AgBiBr6具有合适的带边以及良好的载流子迁移速率、可见光吸收能力、水分子吸附能力和氢气脱附能力，说明多层Cs2AgBiBr6适合用作光催化剂。当Cs2AgBiBr6厚度减小到单层时，其从间接带隙变为直接带隙，且激子结合能最大，更适合用作发光材料。