利用光催化剂实现太阳能分解水制氢是获取氢能的一种便捷的新途径,而提高光能的利用效率并提高催化剂的活性是其能否广泛应用的关键。研究表明掺杂是提高光催化剂在可见光区活性的一个行之有效的方法,目前已成为光催化研究领域比较活跃的方向之一。本文采用改进溶胶-凝胶法制备钙钛矿型CaTiO₃光催化剂,并对其进行掺杂改性研究。利用热重-差热分析法、X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察、比表面积测试、光催化活性测试、密度泛函理论等手段,从制备、掺杂改性、结构特征、光催化性能、电子结构等方面对钙钛矿型CaTiO₃进行了深入的研究。对改进的溶胶-凝胶法合成工艺进行优化,研究焙烧温度和焙烧时间对材料的结构、表面形貌和光催化分解水制氢性能的影响。研究结果表明,改进的溶胶-凝胶法优化后的最佳工艺条件为:焙烧温度850℃,焙烧时间7h,此时制备CaTiO₃样品的光催化活性最高,为325.4μmolh-1g-1（每小时每克催化剂可产生氢气325.4μmol）。对钙钛矿型（ABO₃）钛酸钙的B位进行了第一系列过渡金属（V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）掺杂,XRD测试结果表明,V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn均掺入到B位。紫外-可见漫反射光谱分析表明,所有过渡金属离子掺杂均提高了样品的吸光性能,除了Zn掺杂样品对可见光无响应外,其余样品均在可见光范围内有吸收。扫描电镜测试结果表明,V、Cr、Fe随着掺杂量的增加,样品的比表面积下降,不利于光催化反应的进行,而Co、Ni、Cu及少量Zn掺杂使样品的比表面积增大,有利于提高光催化活性。活性测试结果表明V、Cr、Fe掺杂降低了CaTiO₃样品的光催化活性,而Co、Ni、Cu、Zn掺杂则提高了样品的光催化活性。采用基于密度泛函理论的第一性原理对B位掺杂样品电子结构进行了计算,计算结果表明,虽然V、Cr、Fe掺杂样品在能带中引入了杂质能级,改变了电子的跃迁方式,从而改变样品的吸光性,但是V、Cr、Fe掺杂使样品导带位置向低能方向移动显著,降低了样品的还原性,从而降低了样品光催化分解水制氢活性。Co、Ni、Cu掺杂没有改变样品的导带及价带的位置,且在带隙中引入了空的杂质能级,为电子跃迁提供了跳板,提高了电子-空穴的分离效率,从而提高了样品光催化活性。Zn 3d轨道与O 2p轨道连在一起构成新的价带,使样品的价带拓宽,从而缩小了带隙,提高了光催化活性。对Mn掺杂样品进行了电子结构计算,发现Mn掺杂对样品能带的影响与Cr和Fe一样,也使样品的还原性降低,且在样品带隙中引入杂质能级,使样品的光吸收性能发生变化,根据电子结构计算结果,推测Mn掺杂会使样品的吸光性能提高,使样品的光催化性能降低。对钙钛矿型（ABO₃）钛酸钙的A位进行了Ag、La、Ag/La掺杂,XRD测试结果表明,Ag、La、Ag/La均掺入到A位。紫外-可见漫反射光谱分析表明,Ag、Ag/La掺杂提高了样品的吸光性能,而La掺杂则使样品的吸收边发生蓝移。扫描电镜测试结果表明Ag、La、Ag/La掺杂均抑制了CaTiO₃样品晶粒的生长,且提高了样品的比表面积。活性测试结果表明Ag、Ag/La掺杂提高了CaTiO₃样品的光催化活性,而La掺杂则降低了样品的光催化活性。电子结构计算表明,Ag、Ag/La掺杂减小了带隙,提高了电子-空穴分离效率,从而提供了光催化活性,而La掺杂降低了样品的导带位置,使掺杂后样品光催化活性下降。对钙钛矿型（ABO₃）钛酸钙的O位进行了N、N/La掺杂,实验结果表明400℃下、氮源与钛源的物质的量比为4:1时样品的光催化活性最高。N、N/La掺杂样品对可见光有吸收,提高了样品可见光活性。理论计算结果表明,N、N/La掺杂减小了带隙,使光吸收边发生红移,且提高了样品光生电子-空穴的分离效率,从而提高了光催性能。本文从实验和理论两方面研究Ag/La和N/La共掺杂对CaTiO₃光催化活性的影响,研究结果显示共掺杂样品的活性高于单掺杂样品,而电子结构计算也说明了Ag/La和N/La共掺杂CaTiO₃样品维持了体系的电荷平衡,在没有引入杂质能级的情况下缩小了带隙,从而进一步提高材料的光催化分解水制氢性能。