现代人类社会的科技取得了持续不断的进步和发展,环境污染问题已经日趋严重,并影响到了人类正常的生活。一方面,汽车逐渐成为人类出行必不可少的工具,数量急剧增加的汽车排放出大量的尾气中存在着CO等有害气体,另一方面工厂和电力公司燃烧煤炭也产生了大量的CO。因此关于一氧化碳的吸附和催化氧化问题逐渐成为人们研究的热点。长期以来,贵金属一直是CO的理想氧化催化剂,但是由于贵金属成本高昂,人们逐渐研究出了非贵金属的催化剂,其中二氧化铈CeO₂催化剂凭借具有氧化CO的优异催化活性而受到广泛关注和应用,并成为目前CO催化氧化最好的载体。因此本文研究了CO吸附在CeO₂表面的各种物理特性以及吸附行为,并模拟了CO在CeO₂（111）表面的催化氧化过程。首先,本文通过第一性原理计算,确定了CeO₂（111）原胞的K点取值、晶格常数、最大截断能等基础性质,为CO在CeO₂（111）表面上的吸附提供精确的参数依据。然后,通过比较CO在3个O-Ce-O层2×2超胞的CeO₂表面上的不同吸附位置的吸附能了解到CO在CeO₂表面上的各种吸附行为,并初步确定了CO的最优吸附位置。本文再通过比较不同层数和不同的超胞结构的CeO₂表面上CO的吸附行为来研究CeO₂的层数和超胞结构对CO的吸附产生的影响,并为接下来的研究CO的吸附选择合适的CeO₂层数和超胞结构。其次,在CO在CeO₂表面吸附形成CO₂并形成氧空位的情况下,本文通过移动CeO₂的表面氧原子向氧空位靠拢来实现电荷的转移并改变Ce³⁺的位置,来研究Ce³⁺的不同位置与CO吸附能的关系。结论显示Ce³⁺在氧空位次近邻位置时,CO的吸附能最低。紧接着,本文通过研究存在氧空位的CeO₂表面上Ce³⁺的位置与氧空位形成能的关系来进一步验证Ce³⁺与氧空位的相对位置对体系能量的影响。接着,本文研究发现CO在吸附形成CO₂后可以继续吸附形成碳酸盐CO₃^2-形式,CO的吸附能进一步降低。随后本文研究了CO₂与CeO₂表面氧和次表面氧成键的吸附过程和吸附能差异,并最终确认了CO与两个表面氧形成碳酸盐形式为CO的最低吸附能状态,并通过neb方法将CO到CO₂到CO₃^2-的形成过程演示出来。最后,本文通过将未掺杂和掺杂贵金属Pd、Cu的CeO₂表面上CO的吸附行为进行对比,更直观的理解了贵金属提高反应活性和催化反应的机理。接着,本文通过CO在CeO₂表面吸附形成CO₂,O₂在存在氧空位的CeO₂表面吸附以及CO在O₂吸附后继续吸附形成CO₂的研究,呈现出了CO在CeO₂表面上的催化氧化的循环过程。