摘要硝基咪唑类有机化合物是一类具有5-硝基咪唑环结构的药物,主要包括:甲硝唑（MNZ）、迪美唑（DMZ）、奥硝唑（ONZ）和替硝唑（TNZ）等。此类药物具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒和抗原虫的作用。但硝基咪哇类药物具有致突变性和致癌性,被许多国家列为违禁药物,不准在食品动物饲养过程中使用。人畜服用的药物有很大部分在生物体内没有彻底代谢,使得残留物经排泄最终进入水环境中。咪唑环结构很稳定,不易被破坏分解,且毒性强,容易污染环境。光催化降解是一种处理抗生素污染物的有效方法,具有经济、高效、绿色的优点。TiO₂因能在阳光和自然环境条件下对抗生素进行降解而备受关注。已有实验证明,TiO₂能有效地光催化降解硝基咪唑类药物。本文采用密度泛函理论,研究了甲硝唑和迪美唑在锐钛矿型TiO₂（101）和（001）晶面的吸附。结果表明:无论是在真空,还是中性、酸性或碱性溶液中,两种药物均能有效吸附在TiO₂表面。真空中,当咪唑环上的N原子吸附在Ti原子上时,吸附能最大,咪唑环上C=N键长变长,有利于后续羟基自由基的进攻。改变环境的酸碱性,TiO₂（101）晶面均能有效利用可见光。而TiO₂（001）晶面对可见光的利用受环境的影响较大。本文还研究了TiO₂（101）和（001）晶面光催化降解甲硝唑、迪美唑、奥硝唑和替硝唑四种有机物的降解反应机理,以及水作为溶剂对反应的影响。降解的主要目的是让咪唑环开环,降低污染物毒性。反应机理首先是羟基自由基进攻咪唑环上的C原子,接着有两条反应路径:一是咪唑环上N―C键断裂,TiO₂表面的羟基自由基上的H原子转移到咪唑环的N原子上;二是TiO₂表面的羟基自由基的H原子先转移到咪唑环上N原子上,咪唑环上N―C键再发生断裂。从活化能看,咪唑环上N―C断裂所需的活化能较低,而质子转移所需活化能较高。在水溶剂化条件下,有些步骤的活化能得到降低。四种药物均能在TiO₂表面实现开环,达到降解的目的。我们通过研究了甲硝唑、迪美唑、奥硝唑和替硝唑四种有机物在TiO₂（101）和（001）晶面光催化降解反应机理,揭示了TiO₂在处理药物残留催化降解过程中的作用机制,同时考察了溶剂环境对催化降解过程的影响,为药物残留导致的环境危害的处理方法提供了一条新的思路。