ZnO是一种重要的金属氧化物半导体材料,是宽禁带直接带隙半导体材料,在室温下,它的禁带宽度约为3.37 e V,激子束缚能为60 me V。近些年来,ZnO的结构以及其潜在的广泛应用（如压电效应、光电子学、光催化、光电转换与气敏特性等）吸引了大量科研人员的研究兴趣。ZnO在光学方面的性质与应用倍受关注。人们在应用研究中发现,本征ZnO半导体的性质存在不足,但是大量的实验研究表明,适当的掺杂可以改善本征体ZnO的光学性质,这对于ZnO光学性质的研究具有重要的意义。本文从理论模拟计算和实验两个方面对Cd掺杂ZnO材料的光学性质分别进行了理论基础和潜在应用的研究。在理论研究方面,采用第一性原理计算的方法以Cd原子替位掺杂2×2×2超晶胞ZnO中的Zn原子,对本证ZnO和掺杂后的ZnO:Cd晶胞进行结构优化,分别计算优化后结构体系的能带结构、态密度、布居数、介电函数以及吸收系数,并且分析了其电子结构与光学性质。结果表明,Cd掺入ZnO后,使得晶胞发生微小的膨胀;在-7 e V处出现很窄新能带,导带底下降,带隙变窄;介电函数虚部整体红移,低能区域的介电峰强度增加,高能区域的介电峰强度减小;在紫外区吸收边发生红移,且吸收系数有所增大。在实验研究方面,以Zn（NO₃）₂·6H₂O和Cd（NO₃）₂·4H₂O为源材料,采用低温水热法成功的制备了ZnO和ZnO:Cd纳米棒（其中Cd/Zn的摩尔比为0.02、0.04、0.06）。通过X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电子显微镜（SEM）分别对样品的晶体结构和表面形貌进行表征。将制备的样品制成纳米薄膜器件,利用分光光度计测试了纳米材料薄膜器件在常温环境中对1000 ppm的四种典型的还原性气体（氢气、乙醇、丙酮以及氨气）的光学气敏特性。结果表明,随着Cd掺杂浓度的增加,ZnO的晶格常数a和c的值逐渐增大,这与理论计算的结果相符;Cd掺杂前后的ZnO纳米材料均为六角纤锌矿结构的纳米棒;ZnO:Cd纳米棒比表面积更大;在室温下,Cd掺杂前后的ZnO对氨气的选择性最好;纯ZnO纳米材料薄膜器件对氢气不敏感,其灵敏度仅为1.002,对乙醇和丙酮较为敏感,灵敏度分别为1.031和1.041,而对氨气的灵敏度最高达到了1.245;Cd掺杂后,纳米材料薄膜器件对所有的测试气体敏感性都有所增强;特别地,当Cd掺杂浓度为2%时,2%ZnO:Cd纳米材料薄膜器件对氢气、乙醇、丙酮和氨气的敏感性最强,其灵敏度分别达到1.08、1.211、1.114和1.786。