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HCl,CO是工业生产产生的卤化物和碳氧化物,NH3则是许多化工产品的生产原料,在化工化肥、制药、纤维合成等领域都有广泛应用,但它们同时也是有毒气体,中毒者严重时会危及生命。因此,有害气体之探测急需得到广泛关注。半导体气敏传感材料因具有优异的工程稳定性被用做气体探测。鉴于传感材料与被探测气体间是多对一的关系,换句话说,即便是对同种气体进行探测,选择不同材料,我们都将得到不同的探测响应。在本论文中,我们特意选择了四种常见的气敏材料——锐钛矿型异质同构体,探究它们各自对不同气体的吸附响应。光学气敏传感是通过气敏材料与气体接触后会发生氧化还原反应,导致气体与材料存在电子转移,引起光学性质的变化,从而对气体起到探测作用。为了找到光学气敏材料的表面性质以及与气体分子相互作用后在其可见光范围的光学性质变化的关系,本文采用CASTEP软件的第一性原理进行模拟计算。基于密度泛函理分别建立了四种锐钛矿相（TiO2,SnO2,ZrO2和IrO2）的（101）晶面吸附三种气体（HCl,CO,NH3）的晶体模型,对吸附后材料表面的氧空位氧化性能、电荷布局分布、态密度以及光学性质等方面计算分析。结果表明:1、表面氧空位的氧化还原特性表面氧空位的氧化还原特性是影响体系的吸附距离和吸附能的重要原因。通过比较四种体系的吸附距离和吸附能发现,IrO2的吸附距离最大,而SnO2的吸附能最大,说明三种吸附情况里SnO2吸附后体系是最稳定的。而ZrO2吸附CO时,吸附距离最小,且吸附时需吸收能量,说明吸附后的体系不稳定。比较各体系吸附三种气体时发现,材料表面吸附NH3时的吸附能最大,说明氧化物吸附NH3后的体系更稳定。从吸附分子的电荷转移分析,NH3、CO和HCl在IrO2表面失去的电子最多,电荷数为0.042e,0.044e,0.041e。其次是在TiO2表面失去电荷数分别为0.031e、0.033e和0.024e,这两种材料表面氧空位得到的电荷数均多于其他两种材料,而在ZrO2表面仅有还原性最强的CO分子与之发生电荷转移得到0.023e,所以表面氧空位氧化性大小关系是:IrO2>TiO2>SnO2>ZrO2。2、电子性质电子的态密度表明转移电子所处在能带中位置,以此判断是否有利于传感吸附和脱附应为。就电子态密度而言,四种材料分别吸附NH3、HCl和CO后,伴随着电子转移,在费米能级处分别出现N2p、Cl3p和O2p的峰。IrO2吸附三种气体分子的态密度中,禁带宽度为0,价带跨过费米能级,使得IrO2表现出金属性。ZrO2吸附NH3、HCl后的态密度中,与材料表面没有电子转移,费米能级附近的峰值主要是由于吸附分子内部电子转移引起的,而TiO2和SnO2的禁带宽度相对较小,吸附分子与材料表面发生电子转移,表现出良好的半导体性能。3、光学性质材料表面的电子转移在宏观上体现为光学性质的改变。四种材料分别吸附NH3、HCl和CO后,由于IrO2表现出金属性,对光有很高的响应,降低了对气体的选择性,不是探测气体的理想材料,而TiO2和SnO2在可见光的不同波段对气体表现出良好的光学气敏传感性。在材料表面吸附NH3时,SnO2在400nm附近有吸收峰的最大值10675cm-1,在400～530nm波段内对NH3的光学气敏传感性更好。而TiO2在750nm附近有峰值28000cm-1,在530～800nm波段TiO2对NH3的光学气敏传感性更好。在材料表面吸附HCl和CO时,SnO2在400nm附近都有吸收峰的最大值10713cm-1和10770cm-1,TiO2在800nm附近分别达到峰值1200cm-1和14629cm-1。TiO2和SnO2分别于可见光区的550～800nm和400～550nm波段对HCl和CO有更好的光学气敏传感性。在TiO2分别吸附NH3、HCl和CO气体的情况中,对NH3气体的光学气敏传感性是最好的,在可见光750nm附近吸收系数达到最大值28000cm-1。而在SnO2吸附三种气体的情况中,对CO的光学气敏传感性是最好的,其吸收系数在400nm附近有最大值10770cm-1。综合来看,含氧空位IrO2表面虽具有较强的氧化性,但因其禁带宽度为0,表现出金属性,不是理想的光学气敏材料。而TiO2和SnO2的禁带宽度相对较小,含氧空位缺陷的表面具有氧化性,表现出良好的光学气敏传感性。其中SnO2在可见光的400～530nm波段出对NH3、HCl和CO具有良好的光学气敏传感性,尤其是吸附CO后在400nm附近其吸收系数有最大值10770cm-1。而TiO2在可见光的550～800nm波段对光的响应效果明显,且对NH3气体的光学气敏传感性十分优秀,在可见光750nm附近吸收系数达到最大值28000cm-1。因此电子转移是氧化还原反应的根本原因,光学气敏材料对光的响应灵敏度与其含氧空位缺陷表面的氧化还原特性密切相关,这也为进一步研究关于制备和改性NH3、HCl和CO气体的气敏材料提供了一定的参考。