地球表层的黏土矿物由于其特殊的层状结构会导致其在自然界中易发生离子交换现象。由于试验的局限性以及黏土矿物微观结构的复杂性,对研究黏土矿物与微观粒子之间的相互作用造成一定困难。因此,本论文在第一性原理计算的基础上,从微观角度对黏土矿物进行一系列的分析研究。结论如下:1、蒙脱石是一种常见且应用广泛的黏土矿物,因其具有吸附杂原子的性能,研究蒙脱石对工程安全具有现实意义。鉴于实验研究难以针对蒙脱石吸附特性做出微观解释,本文采用密度泛函理论计算了五类杂原子（Mg、Na、K、Ca和Cs）蒙脱石晶体的各类性质,包括几何电子结构以及杂原子掺入晶胞造成的能量变化。计算结果显示,所有模型中氢氧键均为0.98?,铝氧键比硅氧键要长;所有的蒙脱石晶体内部三种不同氧原子的分波态密度波形相似,硅原子的分波态密度值较小但与氧的波形重叠,表明有共价键的存在;通过杂原子掺入蒙脱石晶胞造成的能量变化进行分析,结果显示Mg蒙脱石、Na蒙脱石、K蒙脱石晶体较为稳定。这些通过理论计算得到的稳定蒙脱石结构,对开发新型蒙脱石材料提供了分子层面的认识。2、研究了蒙脱石超晶胞结构对金属原子的吸附性能。通过分析间隙位吸附,内部阳原子与金属原子置换替代吸附,表面吸附三种吸附方式对金属原子的吸附计算可知,表面对金属原子的吸附效果最好且对Cr的吸附效果最稳定,As、Pb、Ni次之,Zn最差。3、在蒙脱石超晶胞结构对水分子的吸附性能研究中,在晶胞表面（001）上建立top、bridge和hollow三个吸附位。对水分子进行吸附计算可发现,hollow位对水分子吸附效果最好,且最优吸附为1.8?的距离,top位和bridge位最优吸附位的吸附能相差不大但是bridge位最优吸附距离的吸附能相对较小,且top位吸附水分子时随着吸附距离的增加吸附能变化较大。在层间域中,蒙脱石晶体能够稳定的吸附多个水分子,吸附能随着水分子个数的增多而减小,同时,蒙脱石超晶胞体积随着层间水分子吸附量的增加而变大。4、蒙脱石超晶胞表面吸附二氧化碳气体中,top、bridge和hollow三个吸附位中hollow位吸附能最小,top位吸附能距离最大,hollow位吸附能距离最小且随着距离增加吸附能变化较小。蒙脱石晶体层间吸附二氧化碳分子时,随着二氧化碳分子个数的增加,晶体体积变大,吸附能随着二氧化碳个数的增多而减小。