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纳米管作为新型一维纳米材料，表现出块材不具有的特殊物理和化学性质，在电子半导体、气敏材料、光伏材料等领域具有潜在且广泛的应用前景，从而备受研究者的关注。虽然人们可以通过多种实验手段成功制备纳米管，但是对纳米管的原子堆积方式以及表面反应过程了解较少，因此，理论计算成为弥补此缺陷的重要手段。本文采用第一性原理和周期性方法，探讨了小尺寸金团簇在锐钛矿纳米管表面吸附机制;AlAs纳米管几何结构和电子结构;以及二氧化铈纳米管结构及金原子在其表面吸附情况。主要内容如下: (1)通过密度泛函理论计算，探讨了小尺寸金团簇Aux(x=1-4)在二氧化钛纳米管表面的吸附构型、成键方式和相应的最稳定结构的电子结构特征。由于金团簇的反应活性轨道取向分布在团簇平面内的周边位置，金团簇更倾向站立在纳米管表面。Au-O2。键长、Au-Ti5c键长和Eads均随Au原子个数变化发生奇偶振荡。不仅仅Au原子与O原子之间有相互作用，Ti5c阳离子对Au团簇在管表面吸附也起到重要作用。二氧化钛带隙间出现杂质态，可促进对可见光的吸收。同时，Aux/TiO2NT的导带能级下降和Schottky势垒出现有利于光激发电子迁移，促进空穴电子对分离，进一步提高体系的光催化效率。 (2)立方晶型砷化铝(111)面纳米管的电子特征与卷曲手性矢量密切相关。锯齿型和椅型纳米管应变能均为负值，说明砷化铝纳米管在某一定条件下可以稳定存在。由于管的手性不同，管壁中的AI-As键排布方向也不同，导致锯齿型纳米管中受曲率影响而受拉伸的键多于椅型纳米管。同样，锯齿型小管径纳米管中同圆周上AI-AI距离较小，导致AI原子的未占据3p相互作用较强，形成类似π共轭轨道的环形轨道，从而导致锯齿型纳米管的带隙随管径先增后减，而非类似椅型纳米管的带隙随管径增大而逐渐减小。 (3)通过密度泛函理论模拟分析了二氧化铈(111)面构成的二氧化铈纳米管几何结构，探究了管表面与金原子的相互作用。结果发现二氧化铈(111)纳米管的管径较大时管壁的应力能为负值，表明(111)面能够稳定存在。其中与管轴垂直的Ce-O键对纳米管的稳定性起到重要作用。通过在无缺陷管外表面吸附Au原子，发现Au原子与表面相互作用较弱，并且由于曲率效应，最稳定吸附位不同于平面吸附。我们也研究了Au原子在管壁Oin缺陷位的吸附情况。Au原子在管壁Oin缺陷位的吸附表现出良好的吸附性能，稳定Au原子在管表面的吸附。并且Ce3+容易将电子转移到Au原子上，使Au原子带有明显的负电荷。带负电荷的Au原子与周边Ce阳离子以静电相互作用为主。