二氧化钛（Ti O2）因其化学性质稳定、容易制备、无毒无害等优点,在吸附有机污染物、气体勘测等领域被广泛研究。之前的研究发现Ti O2表面可以催化多种固-液、固-气多相化学反应,其中金红石型Ti O2是城市大气矿物尘埃的代表性物质,在其界面处发生的大气氧化过程直接影响空气质量和全球气候变化。外场观测和实验室模拟都发现,矿物尘埃颗粒表面能够吸附大气中的痕量气体。其中,二氧化硫（SO2）被吸附在颗粒表面后可能会和二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）等氧化性气体作用,继而被氧化成硫酸或硫酸盐,从而导致酸雨和雾霾等污染物的产生。因此,控制矿物粉尘导致的大气氧化和成核对大气污染防控至关重要,这就要求我们要在分子层次上揭示和理解SO2吸附在矿物颗粒表面后的异相氧化过程的微观反应机理。在本论文中,我们以第一性原理为研究方法,以矿物粉尘中主要成分之一的金红石型Ti O2作为研究对象,探索了在金红石型Ti O2表面,SO2被NO2或O3氧化成硫酸或硫酸盐的若干种可能路径,为矿物粉尘颗粒物表面的大气氧化反应机制提供了理论依据。主要研究成果如下:（1）采用PBE0-D3的泛函理论计算了三种气体（NO2、O3、SO2）单吸附在金红石Ti O2完美表面或缺陷表面的吸附能。总的来说,Ti O2对NO2的吸附效果最为明显,吸附能达到2.03 e V。其中,缺陷表面吸附O3和NO2的过程都发生了氧化还原反应,而吸附SO2时不发生氧化还原反应,因此在Ti O2颗粒表面氧化SO2需要借助其他氧化剂。这也印证了大气化学反应的复杂性。随后,我们分别讨论了在干燥和潮湿两种环境中,SO2在Ti O2的缺陷和完美表面分别被这两种氧化性气体（O3和NO2）所氧化的六种可能氧化反应路径。（2）采用PBE0-D3和CI-NEB的方法计算得到了六种氧化反应路径。发现O3和SO2、NO2和SO2分别共吸附在Ti O2颗粒缺陷表面时,氧化还原反应发生在氧化性气体（NO2、O3）和Ti O2的缺陷表面之间,最终形成了吸附SO2的完美表面和氧气（O2）或者一氧化氮（NO）气体的复杂产物。从而将缺陷表面发生的SO2氧化问题转化成了完美表面SO2氧化的问题。当O3和SO2、NO2和SO2共吸附在二氧化钛颗粒完美表面时,SO2都可以被氧化成三氧化硫（SO3）,以SO3的形式吸附在二氧化钛颗粒表面,从而进一步解释了亚硫酸盐颗粒的形成机制。与NO2的氧化过程相比,在Ti O2颗粒表面吸附的SO2更容易被O3氧化,其活化能仅有0.22 e V。通过分析这些路径的反应机理,物质的氧化性强弱关系得到了进一步的证明,即氧化性:O3＞NO2＞SO2＞缺陷金红石Ti O2。（3）水分子是大气中常见的催化剂,根据分子动力学模拟,SO2可以自发的吸附在金红石Ti O2表面从而形成亚硫酸颗粒。SO2在潮湿的金红石型Ti O2表面形成亚硫酸后,依然可以继续被O3或NO2氧化形成硫酸。SO2在潮湿的Ti O2颗粒表面被氧化时,被O3氧化是最容易发生的路径,其活化能为0.35 e V。相比于干燥表面,在潮湿表面上,O3氧化SO2的过程虽没有被明显的促进,但这一氧化路径也极有可能在高湿度的大气中存在。通过将CI-NEB过渡态搜寻算法和PBE0杂化泛函相结合的理论计算模型,探索得到了SO2在Ti O2颗粒表面被氧化的六种路径,研究了Ti O2颗粒表面的SO2被氧化的反应机制,发现了SO2气-固异相氧化过程的可能路径,为大气矿物尘埃诱导硫酸盐气溶胶形成的微观机理提供了理论依据,并为相关大气污染防控提供了新思路。