自从1991年Iijima发现单壁碳纳米管(Single carbon nanotube,SWNT)以来,尤其是经金属铜修饰的碳纳米管各个方面的性能大大提高,更是吸引了全世界研究人员的关注。本论文选择了密度泛函理论的第一性原理方法,对铜原子在完美的与存在缺陷的(5,5)椅型单壁碳纳米管的吸附行为进行了理论模拟研究。所有计算均采用Materials Studio 4.0中的DMol~3软件包。研究工作的主要内容和结论如下:1.采用密度泛函方法对铜原子在有限长(5,5)椅型单壁碳纳米管的吸附行为进行研究。计算结果表明,铜原子吸附在管外壁要比管内壁能量上更为有利,在管外壁碳原子顶位吸附最佳,属于明显的化学吸附,且用前线轨道理论对其成键特性进行分析,表明在顶位吸附时主要由铜原子的4s轨道电子与碳纳米管中耦合的σ-π键形成新的σ键。此外还对比计算了两种典型位置电子密度,发现铜原子在顶位吸附的成键中有更大的电子云重叠。进一步表明在某些情况下铜碳原子可以成键。2.采用密度泛函理论研究了铜原子与存在俩种典型缺陷的椅型单壁碳纳米管的相互作用。计算结果表明,基于几何构型及吸附能分析,铜原子在5-1DB缺陷的空位处及拓扑缺陷七元环处吸附作用较强,进一步运用前线轨道理论、millken布居分析对其成键特性分析,表明缺陷处吸附能力显著增强,形成更为稳定的化学键,与铜原子内层的3d电子参与成键有关。同时,采用形变电子密度分析表明了铜碳吸附时的电子分布情况。3.同时对碳纳米管顺序增加吸附铜原子,直到7个铜原子的吸附情况进行了研究。计算结果表明,单个铜原子与多个铜原子在SWNT上有不同的吸附行为,单个铜原子在碳原子顶位吸附最佳,而两个铜原子则形成二聚体垂直于碳纳米管所在平面,吸附在与轴向倾斜的桥位最为稳定。随着铜原子个数的增多,在大于3个铜原子吸附时,最稳定的吸附构型倾向于形成三层片状,其理论最小吸附铜薄膜临界尺度在0.75nm左右。此外,还对复杂体系硝酸钆进行结构与性质的研究,为进一步探讨硝酸盐与多孔硅的爆炸机理提供理论依据。