CO是工业、生活废气中的一种有毒气体,它无色无味,并且当空气中含量达到一定浓度时,极易使人出现中毒,这严重威胁着人们的生命安全。当前各种各样的气体检测技术面世,而在这方面还有很大的发展空间,这样的检测方式已成为一种重要的气体检测技术,受到广大研究者的青睐。材料表面吸附气体分子而改变了其光学特性,因此可以通过光学性质的变化体现材料对环境气体分析的传感特性,这称为光学气敏传感特性,同时光学气敏传感较电阻型气敏传感具有高灵敏度、响应时间短和恢复时间短等特点。当前对于光学气敏传感材料主要以半导体材料TiO₂、SnO₂、ZnO等金属氧化物,其中ZnO是应用最早的一种半导体气敏材料。由于TiO₂具有廉价、无毒、耐高温等特点受到了人们的青睐,其主要运用于空气的净化和污水的处理和气敏传感器件中。但是由于TiO₂的带隙较宽只能吸收波长小于400nm的紫外光区域,研究者们通过对材料掺杂改变其光学性质,扩大光响应范围。如非金属N的掺杂,N2p轨道电子与O2p轨道电子杂化使带隙变窄而扩大对可见光的吸收;除此之外金属离子(如Fe³⁺)的掺杂可在材料表面引入缺陷位置,在光照下杂质电子跃迁的能量小于TiO₂的禁带宽度且杂质电子浓度较大使材料光谱红移。为进一步对TiO₂材料表面性质和光学气敏性质的研究,本文在密度泛函理论的平面波超软赝势方法下分别对金红石TiO₂（110）面和锐钛矿TiO₂（101）面进行理论计算。其主要计算内容为:（1）研究金红石TiO₂（110）面的电子结构,在MS软件中建立金红石的（2×1）超晶胞模型,通过结构优化后分别计算了表面能以及表面光学性质。（2）计算金红石TiO₂（110）的光学性质,建立（3×3×2）的超晶胞模型并切出（110）面,在表面引入不同浓度的氧空位后进行CO分子C端吸附,计算了本征表面吸附能、分态密度、电荷布居和光学性质,结果显示表面氧空位的缺陷使得材料表面的光学性质发生改变,对CO气体体现出一定的吸附作用;（3）对比金红石TiO₂（110）面的特性,本文还计算了CO分子C端吸附在锐钛矿TiO₂（101）面的表面结合能、表面吸附能、电荷布局、差分电荷密度、电子分态密度以及光学性质,计算结果显示锐钛矿TiO₂（101）面对气体CO吸附体现出的光学特性较金红石TiO₂（110）面更好;（4）为进一步对锐钛矿TiO₂（101）面的吸附特性进行优化,采用了掺杂过渡金属掺杂的方法改变表面的吸附特性,考虑到Cu、Sc、Cr、V原子半径与Ti原子半径相近且Cu、Cr原子4S¹电子不稳定这些因素,故此选其为杂质原子。结果显示:锐钛矿TiO₂（101）面比金红石TiO₂（110）面更为稳定;金属Cu、Sc、Cr、V掺杂于氧空位的TiO₂（101）表面和不掺杂氧空位表面后,通过表面能的计算比较,杂质的掺入减小了表面的禁带宽度从而提高材料对CO的吸附且Cu和Cr掺杂最为稳定;从电荷的转移情况分析得到杂质对基底氧空位氧化性的贡献有:Cu>Cr;通过态密度和光学性质分析,CO分子吸附在Cu和Cr掺杂于含氧空位TiO₂（101）基底表面相对于无掺杂含氧空位TiO₂（101）基底表面提高了材料在可见光范围内的响应,Cu和Cr掺杂对材料吸附CO气体光学气敏传感性能提升明显,是一种很好改善材料光学气敏传感特性的方法。