尖晶石型氧化物ZnAl₂O₄具有良好的物理化学性质,可应用于透光导电材料、催化剂、催化剂载体、抗辐射材料等领域,过渡金属离子负载的ZnAl₂O₄作为一种良好的非均相催化剂,广泛应用于在光催化有机染料、有机合成、碳氢化合物选择还原脱除NO_x。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算了ZnAl₂O₄低指数表面（100）、（110）和（111）的结构,建立表面结构与H₂O、NO和NO₂分子在ZnAl₂O₄低指数表面的吸附行为的关系;构建了Cu、Co掺杂的ZnAl₂O₄低指数晶面（100）、（110）和（111）,计算了NO和NO₂在Cu、Co掺杂ZnAl₂O₄低指数晶面的吸附性能。计算了H₂O和O₂分子对Co掺杂ZnAl₂O₄的（111）表面HC-SCR脱除NO₂的影响。计算结果对研究ZnAl₂O₄、尖晶石类氧化物表面结构及催化剂的设计制备具有理论指导作用。主要的研究内容及结果如下:ZnAl₂O₄（100）、（110）和（111）表面的截止原子表面为Zn-O-Al时,表面能最低。Zn Al₂O₄（100）和（111）表面存在凸出截止原子层且配位数未满的Zn_2c和Al_3c位点,可作为气体分子的吸附位点。ZnAl₂O₄（111）表面Al_3c位点在Fermi面存在的能级,该能级与H₂O、NO、NO₂的分子轨道发生杂化叠加后,增加气体分子的吸附稳定性。H₂O分子在ZnAl₂O₄低指数表面的吸附是结构-敏感过程。H₂O分子易吸附在凸出截止表面的Zn、Al原子上。H₂O分子吸附在Zn Al₂O₄低指数表面上与表面O原子位点产生氢键,并形成多元分子环极大提高H₂O的吸附稳定性。H₂O在ZnAl₂O₄（111）表面上通过表面Al_3c-O_3c或Al_3c-Zn_3c位点解离为一个羟基和一个H原子,羟基可提高H₂O分子的吸附性能。Cu、Co掺杂降低了ZnAl₂O₄低指数表面的表面能。Cu、Co掺杂提高了NO和NO₂在ZnAl₂O₄低指数表面的吸附性能,Co的掺杂更为显著。NO和NO₂分子在ZnAl₂O₄低指数表面成单键或双键吸附,双键吸更为稳定。Cu 3d/Co 3d与Zn 3d电子态存在协同作用,可与NO、NO₂分子轨道进行杂化叠加,为NO和NO₂分子吸附提供驱动力。（111）表面Al_3c位点在Fermi面处的能级与NO和NO₂分子轨道杂化和叠加为NO和NO₂分子在ZnAl₂O₄（111）面的吸附提供额外的驱动力。当O₂和H₂O存在于Co_0.25Zn_0.75Al₂O₄（111）C₂H₄-SCR-NO₂体系中,H₂O和O₂使整个吸附体系更稳定,NO₂、C₂H₄、H₂O和O₂分子之间存在协同机制,电荷从Co_0.25Zn_0.75Al₂O₄（111）表面迁移到气体分子中。