本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了氧空位及C掺杂对锐钛矿型TiO₂（101）面几何、电子结构以及光学性质的影响。并模拟了氧空位在表面的扩散以及O₂分子吸附情况。本文主要做了以下4个方面的研究工作:1.本文计算了在不同气氛下的锐钛矿型TiO₂（101）表面氧空位点缺陷形成能，计算结果表明相对于富氧增长条件，富钛增长条件更有利于表面能量的稳定性并且表面桥氧空位最容易形成。对电子结构的分析显示氧空位掺杂TiO₂是简并半导体，费米面进入导带，发生了莫特相变。光学性质的计算结果表明氧空位拓展了TiO₂可见光响应范围。2.采用第一原理分子动力学方法，研究氧空位缺陷在锐钛矿型TiO₂（101）表面不同温度下的扩散情况。计算了扩散过程中体系总能量的变化、表面O空位几何结构的改变。当体系达到热力学平衡时，O空位的扩散激活能为0.5555eV和扩散系数为2.66×10-17m2s-1。3.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，讨论了C原子间隙掺杂最稳定的几何结构以及C替换掺杂与表面氧空位形成之间的关系。计算并详细地分析了C替换和间隙对锐钛矿TiO₂（101）表面超胞的几何、能带结构、态密度以及光学性质等的影响。4.本文模拟了O₂分子在锐钛矿TiO₂（101）完整表面的吸附情况，计算结果表明O₂分子在表面的吸附属于物理吸附。O₂分子吸附对TiO₂完整表面几何、电子结构影响较小。O₂分子吸附后电子从O₂分子向TiO₂完整表面转移。