TiO₂作为一种优良的光催化剂,因其成本低、无毒、化学稳定性好、不易腐蚀等优点而受到人们的广泛关注。但是,TiO₂是宽禁带半导体（锐钛矿³.20 eV）,只能吸收利用太阳光中4%的紫外光,从而严重限制了TiO₂的应用范围。因此,为了提高TiO₂对可见光的利用率,科研人员做了大量的研究工作,其中离子掺杂是目前研究较多也比较有效的一种改性技术。此外,从TiO₂的光催化机理来看,TiO₂的光催化反应主要发生在颗粒表面,也就是说表面性质对TiO₂的光催化性能有着较大的影响。本文选取了锐钛矿TiO₂最稳定的低指数表面-（101）面作为研究对象,并采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了C/Al单掺杂和C+Al共掺杂TiO₂（101）面对其晶体结构、电子结构和光学性质的影响。对于C-TiO₂（101）体系,我们选取了C在三种不同位置掺杂TiO₂（101）面,即C替代晶格中的O原子（CO）、C替代晶格中的Ti原子（CTi）,以及间隙掺杂（Cin）,作了系统地研究。结果表明,CTi和Cin掺杂时晶格畸变程度较大,并在表面都形成了平面CO3单元,导致了体系带隙的减小从而引起了吸收边的红移。CO掺杂对其晶体结构几乎没有影响,其带隙也并未发生改变,却在禁带中引入了杂质能级导致了其吸收边的红移。在这三种掺杂组态中,CO掺杂体系的吸收边红移量最大并且它对可见光的吸收能力最强。对于Al-TiO₂（101）面,Al对Ti原子的替代并未对TiO₂的晶体结构造成明显地畸变。通过电子结构和光学性质的计算发现Al原子的掺入导致了TiO₂的吸收边发生红移,分析认为这是由于杂质能级的形成而不是带隙的减小引起的。并且,Al掺杂TiO₂表面比掺杂体相TiO₂更能有效地提高其在可见光区域的吸收效率。对于C+Al-TiO₂（101）体系,晶体结构畸变程度较小,C和Al原子共替位掺杂TiO₂并没有改变体系的禁带宽度,却在带隙中引入了3条由O 2p、C 2p和Ti 3d轨道杂化而成的杂质能级,这是TiO₂吸收边红移的主要原因。通过对光学性质的计算发现对比C/Al单掺杂和C+Al共掺杂TiO₂（101）面这三种体系,在TiO₂（101）面中掺入非金属元素C更能有效地扩展TiO₂的光响应范围至可见光区域,提高其光催化性能。