中文摘要：

二氧化钛在非均相催化、环保和能源利用中有着非常广泛的应用。本项目中，我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了金红石，锐钛矿以及板钛矿三种晶型二氧化钛重要表面的结构及物化性质。在表面结构研究中，我们结合实验研究结果模拟并确定了金红石二氧化钛（011）表面发生2x1重构后的具体结构，以及（110）表面具有特殊方向的台阶状缺陷的具体重构方式；对表面催化活性的研究，一方面是小分子与不同二氧化钛表面的相互作用，另一方面是不同二氧化钛材料表面负载金纳米颗粒以后所涉及的颗粒构型和低温催化CO氧化机理。通过模拟计算分析，我们指出无论是表面结构还是台阶位缺陷结构，其弛豫和重构的发生均受其稳定性驱动，并趋向使其暴露的金属阳离子处于较为均匀的成键环境中；对于小分子与二氧化钛的作用，表面的"模板"效应非常显著，使得不同晶型和晶面对于不同尺寸的分子表现出不同的作用效果，并影响其吸附性能及动力学特征；这种模板效应还可以显著影响所负载的金纳米颗粒的空间形貌，并进而影响其吸附O2及CO和催化两者反应的活性。以上这些研究成果保证了本项目顺利达到预期目标，并对加深氧化物催化材料构效关系的理解有着广泛而深入的作用。