碳纳米管作为一种新型的准一维纳米材料,自从1991年被Iijima发现以后,由于其独特的结构和电子特性,迅速成为物理、化学、材料学及生物领域的研究热点。已有很多人研究碳纳米管的结构缺陷及其对输运特性的影响,但是对碳纳米管中各种缺陷共存的复合缺陷的电子结构和光学性质研究不多,因此研究这种复合缺陷对碳纳米管电子结构和光学性质的影响尤为重要。本文运用基于第一性原理的密度泛函理论,对单壁碳纳米管中存在的取代掺杂、Stone-Wales缺陷、硼氮共掺杂等复合掺杂体系进行了系统的研究,获得了一些有意义的结论,这对基于单壁碳纳米管的光电器件的实际制备和开发具有理论指导意义。对单壁碳纳米管中Stone-Wales缺陷和氮原子掺杂共存的复合情况进行了计算模拟。对于半导体碳管,SW缺陷使得能带的简并度下降,而氮掺杂的复合体系显著的改变了半导体碳纳米管的电子结构,不同位置的氮掺杂,电子结构明显不同。SW缺陷和氮掺杂复合缺陷减弱了体系的光吸收和反射性能,在低能区发生红移,并出现杂质特征峰。此外,氮原子和空位形成的复合缺陷对光学性质也有显著的影响,这种复合缺陷使得吸收、反射峰增多并向远红外方向移动。对不同手性的金属性碳管硼、氮共掺杂的电子结构和光学性质,我们也进行了研究。结果表明,无论手性如何,金属性的碳纳米管硼、氮共掺杂后,生成能隙,变成半导体性的碳纳米管。这种复合缺陷对碳纳米管的光学性质也有明显的影响,硼、氮共掺杂后吸收减弱,且在低能区发生红移。并且,对于手性金属性碳纳米管,光学各向异性特征十分明显,在E=10.25eV的吸收峰强度远远大于其他吸收峰。本文以硼掺杂为例,研究了硼掺杂对碳纳米管吸附甲醛分子的电子结构和光学性能的影响,结果显示,掺入硼原子会引起碳纳米管几何和电子结构发生改变,电荷转移更加显著,显示了对甲醛分子的敏感性,而硼掺杂的碳管吸附甲醛分子后,吸收峰和反射峰增多,峰值减小,在能量为17.2eV处均出现一特征峰。利用掺杂来调制碳纳米管的性能是很有应用价值的一个方法,所以进一步深入和广泛研究碳纳米管的掺杂性能及其器件的研制是非常重要的课题。