目的和意义：　　随着社会在不断进步中，人们对物质生活的不断追求，汽车产业随之而迅猛地发展。汽车排放的尾气污染物大概有100多种，其中最主要污染物有CO，CH，NOx，SO2，硫氢化合物，固体颗粒物等。其中NOx对我们的生活造成了巨大危害。例如，影响人类健康，光化学烟雾对呼吸器官有强烈的刺激和致癌作用;影响植物的生长，酸雨破坏植物系统的营养循环;影响全球气候变化，破坏臭氧的循环，减少臭氧层厚度，引发温室效应。寻找高效清除NOx的方法十分迫切。其中，以催化净化的方法最为环保。　　长期以来，被公认为最有效的净化汽车尾气的催化剂是以贵金属为主要活性组分的催化剂。然而贵金属资源紧缺、价格昂贵，提炼困难。且贵金属催化剂在热稳定性方面并不占有优势，是因为其易高温烧结和挥发。人们一直在寻找具有高净化效率的催化剂。金属氧化物相比贵金属，其价格低廉，资源丰富，提炼简单，组成灵活多变。同时在其催化性能上，可以进行调节。人们对其晶体结构、电磁性、表面性能与催化活性等进行了大量研究，为了寻找更适合的催化剂。　　目前对金属氧化物催化剂用于NOx催化净化的计算机模拟研究并不多。本论文通过计算机模拟TiO2，ZrO2，Al2O3的晶体结构和性质，理论上为汽车尾气中氮氧化物(NOx)催化净化的实用催化剂的寻找、改良提供了一些科学理论依据。　　理论与技术支持：　　随着计算机软、硬件的技术的不断提高，分子模拟技术已逐步成为材料科学研究中的重要手段。它被广泛应用于计算化学，生物学，材料科学等领域。其研究的对象可以小至单个化学分子，大至复杂生物体系或材料体系。运用分子模拟技术对金属氧化物进行模拟分析，有助于在微观层次认识其机理，对实际设计起到指导作用。从而，在实际运用中可以缩短实验周期、提高效率、节约成本。　　发展至今天，基于DFT框架下的第一性原理方法在晶体模型结构分析研究中得到广泛的运用。本论文就是在密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势法来完成计算的，采取的计算软件是Accelrys Materials Studio5.5软件中的CASTEP计算模块，通过图形用户界面来完成基于DFT的第一性原理计算。　　具体操作步骤有以下几步:　　一、根据已有的晶胞参数，应用Accelrys Materials Studio5.5软件的图形界面，建立晶体结构模型。　　二、在这个程序中，密度泛函理论的交换相关函数处理方法包括GGA-PBE，GGA-RPBE，GGA-PW91，GGA-WC和LDA-CA-PZ，不同的DFT方法对其计算结果都会有不同的影响。将各种DFT方法运用于构建出的不同的晶体模型，选择用不同的DFT计算方法，得到优化后的晶格参数、键长。计算数据与理论值比较，计算误差，比较不同计算方法得到的计算数据和理论数据之间的差异，探索出最适合该体系的相关函数。　　三、CASTEP计算程序中的平面波赝势有三种，包括了超软赝势(ultrasoft简称USP)，模守恒赝势（Norm-conserving简称NCPP），飞赝势(on-the-fly)。在CASTEP计算模块中的密度泛函理论(DFT)方法中，以上部的到的最优交换相关函数为基准，选择不同的平面波赝势分别计算金属氧化物的晶胞参数、键长等结构参数。再次与理论值比较，计算误差，比较不同计算方法得到的计算数据和理论数据之间的差异，选择出适合该体系的最佳赝势。　　四、通过软件计算确定所得最佳交换相关函数和最佳赝势，作为基本参数，计算得到能带结构和态密度，并通过对计算结果的分析，来解释电子结构与性质之间的关系。　　研究内容　　研究不同的计算方法对TiO2，ZrO2，Al2O3的影响，通过TiO2，ZrO2，Al2O3的能带结构，态密度和分态密度等计算结果，分析其结构与性质间的关系，为下一步研究提供依据。　　结果　　计算结果表明:TiO2的最优化计算方法和赝势为GGA/WC/Ultrasoft，ZrO2的最优化计算方法和赝势为LDA/CA-PZ/On the fly，Al2O3的最优化计算方法和赝势为LDA/CA-PZ/Ultrasoft。　　TiO2计算得到的能带值3.12 eV与理论值3.0 eV相近。ZrO2计算能带值5.758 eV与理论值5.805 eV相近。Al2O3计算得到的能带值为6.635 eV，与理论值8.8 eV相比存在一定差异。这是由于计算理论本身存在的差异性，它对常温条件下的研究更有效，这种由于理论而造成的属于系统误差并不会影响计算结果，同时会和计算结果有相同的变化趋势，更不会对定性分析产生误差。这三个实验结果表明所以这个方法对其结构及电子性质的理论分析是合适的。