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现代工业技术的加剧,使得对能源的需求日益增加,同时环境污染问题日益严重这些都使得研究人员们要开发出环境友好型清洁能源。氢气是公认的最理想的清洁能源,同时光催化分解水制氢的途径也是一种环境友好型途径。二维材料相比于固体可以为光催化过程提供很多优越的性能,例如多孔结构、高比表面积、良好的结晶度、载流子更容易迁移以及丰富的反应位点等。氮化镓（Gallium Nitride,GaN）是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,被称为是第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、高的热导率、化学稳定性好等优异性质。但是因为GaN材料的带隙值较大,所以GaN材料不能直接用作于光催化剂。需要降低带隙值、扩宽可见光响应范围等。现在广泛研究的手段是通过建立固-溶体系、建立异质结等进行改性研究。而本文将通过离子掺杂的方式对其进行改性,使得其具有良好的光催化性能。掺杂方法选用的是阴离子单掺和阴阳离子共掺,单掺杂的离子选用的是C原子,让其替换N原子实现替换掺杂,共掺杂的阴阳离子是C-Ge和C-Sn两种共掺体系。本文主要计算了掺杂体系的几何结构、电子结构、缺陷形成能、带边位置、光学性质。其中对于电子结构以及光学性质的计算选用的是较为精确地计算方法:杂化密度泛函（HSE06）理论。本文的主要研究结论如下:（1）根据能带结构可知,C原子单掺GaN纳米片的有效带隙值为:1.84 eV。但是观察到有杂质能级,而且结合态密度图可知此杂质能级属于未占据的,容易形成光生电子-空穴对的复合中心,从而减少载流子浓度,影响载流子迁移率。C-Ge和C-Sn共掺GaN纳米片的带隙值分别为:2.66 eV和2.12 eV。有效地降低了带隙值并且没有出现未占据的杂质能级。（2）进一步计算了三种掺杂方式的缺陷形成能,其结果显示:在富N的条件下,C单掺的缺陷形成能为正,C-Ge和C-Sn共掺则为负。此项结果说明,相比于C单掺,C-Ge和C-Sn共掺更容易实现,其中以C-Ge更为突出。同样缺陷结合能也表示C-Ge共掺相对纯净体系的稳定性最好。（3）由于C单掺使得GaN纳米片的电子结构没有得到很好的改善,所以对于带边位置的计算我们将只计算C-Ge和C-Sn共掺的和纯净体系。从计算结果可知:C-Ge和C-Sn共掺的导带底高于H+/H2的还原势,价带顶高于O2/H2O的氧化势。说明C-Ge和C-Sn共掺GaN纳米片都适合作为Z型光催化剂产生氢气。（4）最后计算了共掺体系的光吸收谱。根据光吸收谱表示:C-Ge和C-Sn共掺体系的光吸收曲线出现了较为明显的红移现象。这说明C-Ge和C-Sn共掺使得GaN材料的光响应范围增加,尤其是增加了可见光部分。从图中观察到其中以C-Sn共掺体系对可见光的响应范围最为宽广。