氧化亚铜(Cu20)是一种常见而重要的半导体材料,它具有吸附能力强,原料储量丰富,成本低等特点,在可再生能源,环境保护以及防毒面罩等领域得到了极大的应用。纯净的氧化亚铜的禁带宽度约为2.17 eV(实验测量值),非常接近理想的可见光催化剂的禁带宽度(-2.0 eV),因此,氧化亚铜可以吸收大部分太阳光,理应具有较强的可见光催化性能；然而,实验研究发现,氧化亚铜的可见光催化活性非常低。后来,经理论物理学家证实,尽管氧化亚铜的禁带宽度非常适用于光催化,但由于其价带边和导带边都主要是由铜的3d和4s电子态所占据,因此,不满足电子的直接跃迁规律(Al＝±1),导致电子从价带顶到导带底的直接跃迁是禁戒的,这是影响氧化亚铜光催化活性的主要因素；另外,光催化反应发生在光催化剂的表面上,由于其禁带宽度较小,光生电子一空穴对极易复合,因此,到达光催化剂表面的电子一空穴对较少,这是导致其光催化活性较低的另一原因。为了提高氧化亚铜在整个太阳光波段的光谱响应和催化活性,我们必须设法解决上述两个问题。对于改变半导体的电子结构而言,掺杂是非常重要和有用的方法之一近年来,人们尝试了各种元素单掺杂来设法提高氧化亚铜的光催化性能。发现N掺杂可以改善Cu20薄膜的p型导电性,并且能使Cu20的吸收系数满足允许的带隙直接跃迁规律；而阳离子Ag掺杂可以使氧化亚铜的禁带宽度减小,因此,它们都能在一定程度上促进Cu20的光谱吸收。但是,研究者们还发现单掺杂会在Cu20的禁带中引入杂质能级,这些杂质能级能够充当有效的复合中心,因此,单掺杂对于提高Cu20的光催化活性的程度是很有限的。2009年,魏书淮等人首次在《物理评论快报》中报道了(Mo+C)钝化共掺杂可以有效地减小Ti02的禁带宽度,并且未在Ti02的禁带中引入杂质能级。后来这种方法被用来解决其它宽带隙半导体的问题。然而,Cu20需要解决的是电子的禁戒跃迁问题,那么,这种方法是否也适用于解决Cu20的问题呢?在我们的工作发表之前,尚无任何关于钝化共掺杂解决Cu20的问题报道,因此,利用这种方式来解决Cu20的问题的研究具有非常重要的意义。在本文中,我们利用密度泛函理论的方法重点并系统地研究了非金属元素(B,C,N,S),金属元素(Ge,Sn,Ga,In,Ag)以及非金属和金属元素钝化共掺杂(Ga+C,In+C,Ge+B,Sn+B)氧化亚铜的电子结构,稳定性和光学性质等。我们发现,阴离子(B,C,N)单掺杂都会在Cu20的价带顶引入较大的p态电子,能解决Cu20的电子直接跃迁的问题,并且由于B和C在Cu20的价带顶具有相对于N更大的态密度,它们的掺杂具有相对于N更明显的效果；阳离子Ga和In掺杂会导致Cu20的禁带宽度增大,而Ge和Sn掺杂具有明显的N型掺杂特征,并且使导带底的主要电子态占据由d变为p,从而使电子的直接跃迁规律得到满足；上述阴离子和阳离子单掺杂都会在Cu20的禁带中引入杂质能级,而Ag和S由于分别具有与Cu和O相同的价电子,因此,它们各自单掺杂不会引入杂质能级,并且Ag掺杂会使Cu20的禁带宽度减小,从而能在一定程度上提高Cu20的光催化活性；所有的钝化共掺杂体系均未引入杂质能级,并且禁带宽度都有减小,因此,这四种共掺杂都使Cu20的光谱吸收范围得到了扩大。在(Ge+B)和(Sn+B)的掺杂体系中,Cu20导带底的主要电子态占据已经明显的由d变为p,因此,这两种掺杂体系应具有更明显的提高Cu20光催化活性的效果；为了比较共掺与单掺杂的相对稳定性,我们计算了形成能,结果表明,共掺杂更加稳定；光学性质的计算表明,共掺杂能使Cu20的光谱吸收范围扩展到可以光,(Sn+B)表现出最大的光谱吸收范围和强度,因此,(Sn+B)共掺杂的Cu20有望成为高效的可见光催化剂。我们相信本文的研究结果能为实验上探索(Sn+B)共掺杂提高Cu20的光催化活性提供一定的指导作用。