固体表面的物理和化学组成、原子排列等通常和体相不同,由于表面向外一侧没有临近原子,表面原子有一部分化学键伸向空间形成“悬挂键”,因而表面具有活泼的性质。此外,固体内部三维周期势场在表面中断,表面的电子状态也和体相不同。这些不同使表面具有一些特殊的性质。在催化领域,表面原子有很活泼的化学性质,将气态分子吸附在表面,有时还解离为原子或小分子。对表面化学的研究,使人们对分子的相互作用有了新的认识,提高了对催化剂发生催化作用机制的认识,同时,可以指导制造具有特殊性质的表面层来改善材料和器件的功能。在多相催化中,金属和氧化物表面具有特别重要的作用。诸多金属氧化物中,二氧化钛是具有代表性的催化剂和光催化剂,被广泛应用于能源、环境等领域。实验和理论研究中,二氧化钛经常被当做过渡金属氧化物的模型,希望通过对它的研究从根本层次上认识金属氧化物表面的性质,以此可以帮助改善材料的性质以及设计新型的催化材料。本文采用密度泛函理论(DFT)方法,分别研究了含桥氧空位对的金红石型TiO2(110)表面与甲醇分子的相互作用,含两种不同排列方式的两个桥氧空位的金红石型TiO2(110)表面水分子之间的相互作用。研究了表面上不同位点处的吸附行为,并且从微观层面上探索了分解机理。最后探究了SrTiO3(110)表面与不同pKa值的醇分子之间的相互作用,以水分子、甲醇分子和乙二醇分子为例,揭示了醇分子在SrTiO3纳米晶多面体晶面可控生长过程中所起的作用。第一章,首先介绍了金红石型二氧化钛晶体及(110)表面的几何和电子结构,然后介绍了(110)表面上小分子吸附与分解的研究进展,主要对水分子和醇分子进行了综述。第二章,主要介绍了密度泛函理论的一些基础概念和框架,接下来介绍了常用的计算软件,最后对计算参数的测试进行了说明。第三章,主要研究了含有桥氧空位对(bridging oxygen-vacancy pairs, OVPs)的金红石型二氧化钛(110)表面与甲醇分子的相互作用。研究发现,OVPs本身是所有吸附位点中最稳定的位点。甲醇分子的两种吸附构型—分子形式吸附和分解碎片形式吸附皆为最稳定构型。该位点并不是甲醇分子最理想的分解催化位点。同时,结果表明OVPs的存在对表面上的五配位Ti原子基本没有影响,与OVP不同距离的五配位Ti原子处甲醇分子的吸附与分解行为基本一致。甲醇分子倾向于以分子形式吸附在该位点。第四章,以水分子作为探针分子研究了含有两个桥氧空位的缺陷金红石型TiO2(110)表面。探索了两个桥氧空位的两种不同排列方式,一种排列方式为OVP,另一种排列方式为间隔性桥氧空位(two next nearest neighbored bridging-oxygen vacancies belonging to the same row, NNN-OVs)。结果表明,NNN-OVs是水分子最稳定的吸附位点；水分子的两种吸附形式-—分子和分解碎片形式都占很大的优势,尤其是分解碎片形式的吸附。该位点处水分子的分解能垒与OVP相比也略低。两种缺陷类型下,表面五配位Ti原子处的水分子呈现基本一致的的行为。水分子在该位点处的吸附稳定性最差且优先以分子形式吸附。第五章,主要研究了SrTiO3(110)非计量TiO终结的晶面与水分子、甲醇分子和乙二醇分子的相互作用,揭示了醇分子在SrTiO3纳米晶多面体晶面可控生长过程中所起的作用。研究表明,随着醇分子pKa值的减小,醇分子与SrTiO3(110)晶面的相互作用增强,降低了(110)晶面的表面能,使(110)晶面在生长过程中暴露量增加,相应纳米晶多面体(110)晶面的比例增加。