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Sn02是一种重要的宽带隙半导体材料,经掺杂处理后,具有独特的电学和光学性能,从而广泛应用于电极材料、光学器件等众多领域。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺杂Sn02的微观结构与宏观性能之间的关系进行研究,以期对电极材料的设计及研究提供一条新思路。本课题选用电极材料中常用的金红石相Sn02为研究对象,对其进行掺杂改性,研究掺杂前后该半导体材料物理化学性质所发生的变化,并探讨引起该性质变化的根本原因。主要研究内容可分为以下几个步骤：(1)建立Ti、Bi、Mn及稀土元素La、Ce、Pr、Nd掺杂Sn02的模型；(2)对不同掺杂比例Sn02体系的结构特征、价键形式、能带结构、电子态密度、差分电荷密度等微观性质进行计算与分析；(3)对比掺杂前后的微观与宏观性质改变,探讨其变化的原因；(4)将其中一种稀土元素Pr引入到电极材料Sn02中制备固溶体,运用SEM、XRD、CV等表征手段对固溶体的表面形貌、结构物相、导电机理等进行了分析研究。结果表明：(1)SnO2中掺杂Ti后,晶格参数随掺杂比例增加近似成线性减小；掺杂后,带隙仍为直接带隙,随着掺杂比例的增加,带隙逐渐减小；Ti-O键的共价性大于Sn-O键的共价性；随着掺杂比例的增加,固溶体的形成能先减小后增大,当掺杂比例x=0.5时,形成能处于最小值(-6.11eV),此时体系的稳定性最大。(2)Sn02中掺杂Bi后,晶格参数随掺杂比例增加近似成线性增加；费米能级处出现一条杂质能级即Bi6s能级与该费米能级相交,使得掺杂后的体系具有半金属性质；Bi-O键的离子性成分大于Sn-O键；少量掺杂即掺杂比例为0.0625时,体系的形成能达到最低为一10.28eV,此时体系的稳定性最佳,随着掺杂比例的增加,形成能变化曲线逐渐上升,稳定性下降。(3)Sn02中掺杂Mn后,晶格参数随掺杂比例增加近似成线性减小。掺杂后在导带底部引入杂质能级为深受主能级；当掺杂比例为0.25时,带隙减小为0.62eV,导电性增强；Mn-O键的共价性成分大于Sn-O键；当掺杂比例为0.5时,形成能值最低为一1.94eV,此时体系的稳定性最大。(4)稀土元素掺杂Sn02后,晶胞发生扭曲,且体积扩张；La、Ce掺杂后带隙增大,Pr、Nd掺杂带隙减小；Ce、Pr、Nd掺杂后在导带底部引入受主杂质能级,其中Pr、Nd掺杂的体系在价带顶部引入一条施主能级,增加了电子被激发的可能性,导电性也随之增强。(5)Pr掺杂Sn02后,晶格参数随着掺杂比例增加近似成线性增加。掺杂后带隙减小,Pr f能级与费米能级相交,导电性增强；且掺杂后的形成能降低,当掺杂比例为0.0625时,形成能达到最低为-15.59eV,此时体系的稳定性最好,之后随着掺杂比例的增加,形成能逐渐增加,稳定性下降；稀土Pr掺杂后,颗粒变小,排列密实,低掺杂下,电极寿命均高于空白电极,稀土Pr的掺杂比例为0.0625时,电极寿命达到最大为121h,电极最稳定,且2h后催化降解苯酚50%,表现出较好的电催化降解苯酚性能。