为提高TiO₂对太阳光的吸收率，增强其在可见光范围的光催化能力，人们对TiO₂进行了一系列改性研究，近来最为有效的进展是N、F等阴离子掺杂TiO₂的改性及其光催化活性研究，实验表明N、F掺杂可以增强TiO₂在可见光下的光催化活性，但理论上对其可见光响应机制的讨论仍然存在争议。原因之一可能是模拟计算采用的模型与实验室制备的材料存在较大差异。比如，大多数模拟计算采用的模型是体相TiO₂结构，而材料的表面特性对光催化反应的影响更大。此外，在关于TiO₂掺杂改性的研究中，研究者们对杂质元素替位掺杂的情况讨论得较多，而较少考虑填隙及吸附等其它有可能在材料制备中出现的杂质类型。为了对N／F掺杂和N-F共掺杂TiO₂的可见光响应机制有一个更深入的认识，本文采用密度泛函理论（DFT）平面波赝势方法计算了N／F掺杂和N-F共掺杂锐钛矿相TiO₂（101）表面的电子结构。计算采用广义梯度近似（GGA）的方法处理电子与电子间的交换关联能，由于该方法对过渡金属氧化物带隙能的计算结果总是与实际值存在严重偏离，本文亦采用GGA+U（Hubbard系数）方法对模型的电子结构进行了计算。本文的工作包括以下几个部分：首先，通过对表面能和空位形成能的分析建立合适的锐钛矿相TiO₂（101）表面晶胞模型，并采用GGA及GGA+u的方法讨论清洁表面和存在氧空位的缺陷表面的电子结构。GGA的计算表明氧空位对TiO₂带隙能的减小影响极小，而GGA+U的计算表明氧空位能够显著降低TiO₂的带隙能。其次，分别采用GGA及GGA+U的方法计算N／F掺杂和N-F共掺杂锐钛矿相TiO₂（101）表面的电子结构。为了了解不同杂质类型对TiO₂表面电予结构的影响，除了N／F替位掺杂的情况外，N／F填隙掺杂及N／F在TiO₂表面吸附的情况也进行了讨论。由于研究证实N／F替位掺杂能够降低氧空位的形成能，也就是说N／F替位掺杂对氧空位的形成有促进作用，本文在讨论N／F掺杂和N-F共掺杂锐钛矿相TiO₂（101）表面的电子结构的同时，也讨论了存在氧空位的N／F掺杂和N-F共掺杂缺陷表面的电子结构。GGA的计算表明F掺杂对材料的电子结构没有明显的影响，而N杂质轨道的引入导致TiO₂价带的展宽，对带隙能的降低起到促进作用。GGA+U的计算却给出不同的结论：N掺杂只是在带隙中引入一个孤立的杂质能级，并没有导致带隙能的降低：反而F掺杂带来明显的带隙能的降低。通过比较，GGA+U的计算与一些实验测量结果能够较好地符合。此外，GGA和GGA+U的计算都表明N的吸附和填隙掺杂会在价带与导带之间形成若干新的能态，而吸附F原子对TiO₂的能态分布没有影响。最后，我们对一个孤立氧分子在锐钛矿相TiO₂（101）表面的不同氧空位上的吸附形态进行了研究。对最容易实现的吸附形态的电子结构进行了计算，结果表明吸附氧分子在价带顶附近引入新的能态，可以改善TiO₂表面对可见光的响应特性。