碳纳米管以其优异的物理化学性能迅速成为世界范围内的研究热点。在碳纳米管的众多研究领域中,掺杂或吸附金属原子是合成功能化碳纳米管材料和碳纳米管改性的重要途径之一。与大量的实验研究相比较,系统地理论计算报道较少。密度泛函理论计算能够提供金属在碳纳米管上吸附的热力学及静态动力学信息,为实验研究金属在碳纳米管上吸附及其电子性质提供重要补充与理论参考。本论文系统地从理论角度研究金属原子吸附与杂原子掺杂对碳纳米管的结构与电子性质的影响可为碳纳米管改性提供重要的理论参考,并可从微观电子角度加深对材料性质的理解,也是实现碳纳米功能材料模拟与设计的基础。本文利用密度泛函理论系统地研究了Rh原子在单壁碳纳米管内外的吸附行为,考查了曲率效应对金属Rh在(n,n)扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附行为；以及Rh在不同类型(扶手椅型、锯齿型与手性管)、相似管径的单壁碳纳米管上的吸附行为。结果表明：由于石墨烯的卷曲效应使得管外电子云密度较管内高,导致Rh原子在管外吸附比管内稳定；曲率对吸附能的影响较大,随着管径增加,曲率下降,Rh在管外吸附能降低,管内吸附能增加,当管径超过13.6A时,管内外吸附构型与吸附能基本一致；吸附能计算结果表明,在管径相近的情况下,碳纳米管的卷曲方式对Rh原子的吸附能影响较小；电子结构分析表明吸附原子和碳纳米管间的强相互作用导致电荷重新分布,Rh原子的电子部分转移到碳管上,使碳管带负电,而Rh原子带正电。利用密度泛函理论系统地研究了同一周期(Fe、Co、Ni、Cu和Ru、Rh、Pd、Ag)和同一族(Ni、Pd、Pt和Cu、Ag、Au)的金属原子在(6,6)单壁碳纳米管上的吸附行为与电子作用机制。结果表明,除Co原子外,单个金属原子在管外的吸附均比管内稳定。金属Cu、Ag、Au原子的s电子参与和碳纳米管相互作用,其吸附强度相对较弱；Rt、Ru、Rh原子的s与d电子均处于不饱和状态,与碳纳米管相互作用比较强,管外吸附能均超过-2.0 eV,而Fe、Co、Ni的为s2电子构型,Pd为外层为d10,与碳管相互作用较强,吸附能也介于前两者之间。电子结构分析表明,不同金属吸附导致(6,6)碳纳米管导电性的变化亦不相同。在纳米管上掺杂B(N)原子以及BN原子对是改变碳纳米管电学性质的重要方法。本文利用密度泛函理论系统地研究了不同掺杂浓度下的优化构型和稳定性,并讨论其电子相互作用机制。结果表明,掺杂后的CN、CB、BN管均呈“竹节状”。B、N原子掺杂分别使碳管转变为p型、n型半导体；BN共掺杂时,碳管仍为本征半导体。