二氧化钛是宽带隙的半导体材料，实验中已经发现碱土金属掺杂对二氧化钛的性质提升有一定帮助。而二氧化钛半导体电极和染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的主要组成部分，染料敏化剂在半导体电极表面的吸附情况将会影响染料敏化太阳能电池的稳定性和光电转换效率。因此，研究碱土金属对二氧化钛的掺杂机制和染料敏化剂在二氧化钛表面的吸附情况是非常有必要的。　　本文采用密度泛函理论的方法，应用广义梯度近似中的 PBE泛函和周期性的平板模型，研究了氰基丙烯酸在锐钛矿型二氧化钛（101）和（001）表面的吸附情况，分析了可能的稳定吸附结构模型，它们的吸附能以及最稳定吸附模型的电子结构。结果表明，氰基丙烯酸在锐钛矿型二氧化钛（101）表面最稳定的吸附模型是一个解离的双吸附模型，在这个模型中，氰基丙烯酸中的氮原子和一个氧原子分别与表面上沿[010]方向上的两个近邻的钛原子相连，而解离的氢原子则吸附在表面的一个氧原子上，而这个氧原子和与吸附氰基丙烯酸中氧原子的钛原子在表面上是成键的。氰基丙烯酸在锐钛矿型二氧化钛（001）表面最稳定的吸附模型也是一个解离的双吸附模型，不过在这个模型中，氰基丙烯酸中是两个氧原子分别与表面上沿[100]方向的两个钛原子相连，解离的氢吸附在表面的氧原子上重新形成氢氧键。氰基丙烯酸在锐钛矿型二氧化钛（101）和（001）表面上最大的吸附能分别为1.02和3.25 eV。氰基丙烯酸相对较大的吸附能不仅确保了含氰基丙烯酸的染料敏化剂与二氧化钛表面的电子耦合，而且增强了包含这类染料敏化剂的染料敏化太阳能电池的热稳定性。对它们最稳定吸附模型态密度的分析不仅表明了氰基丙烯酸和表面之间化学键的形成，也表明了在表面上吸附氰基丙烯酸后提供了一个可行的模式，使得从氰基丙烯酸到二氧化钛的光诱导电子注入是可行的。　　本文采用密度泛函理论的方法，使用PBE泛函对碱土金属掺杂锐钛矿型二氧化钛系统的稳定结构、形成能和电子结构进行了计算。因为使用GGA泛函计算时会低估系统的带隙值，因此我们使用杂化泛函HSE06计算了掺杂系统的电子结构，并与PBE计算的结果进行了比较。结果表明随着掺杂原子序数的增加，周围氧原子与掺杂原子的键长也将逐渐增加。对杂质形成能的分析表明，对于 PBE计算结果来说，镁掺杂二氧化钛系统是最稳定的结构，而 HSE06的结果则显示钙掺杂二氧化钛系统是最稳定的掺杂系统。通过对它们能带图和态密度图的分析可知，PBE的结果显示，铍掺杂和锶掺杂二氧化钛系统带隙的减小是由于导带底和价带顶能量值的变化导致的。通过同样的方式，镁掺杂二氧化钛系统得到了一个比纯净二氧化钛更大的带隙值。而钙掺杂和钡掺杂二氧化钛系统带隙的减小则由带隙中新生成的杂质态导致的。对于 HSE06计算的结果，铍掺杂和镁掺杂带隙的变化仍是由于价带顶和导带底值的变化，而且虽然镁掺杂系统的带隙比纯净二氧化钛的小，但其仍是五个掺杂系统中最大的。钙、锶和钡的掺杂使得掺杂后系统带隙的减小则是由于带隙中新生成杂质态的原因。