AlN因为优异的物理化学性质被人们广泛研究,且AlN纳米材料更是在光学、电学和磁学等纳米器件上有着潜在的应用价值。本文采用第一性原理的方法研究了 AlN纳米团簇在原子和电子结构方面的演变,并对所得到的大尺寸Al60N60团簇吸附金属原子的特征进行了研究,对异类原子修饰的Al60N60纳米团簇与纯团簇吸附致霾气体的规律进行了对比研究。此外,我们还发现一种新型的AlN纳米线结构并对其进行了理论预测。本文的主要研究内容及发现如下:小的AlN团簇在结构演变初期,优先在纵向生长,当纵向尺寸达到稳定时,开始进行横向生长得到大尺寸的Al60N60团簇。随着团簇的生长,结合能的绝对值逐渐增大,团簇的总能量绝对值几乎呈线性增大,几何结构逐渐趋于紧密。而对于AlN团簇的电子结构,通过HSE06杂化泛函计算发现,随着原子结构从小到大的演变,态密度曲线越来越连续,趋于纤锌矿AlN晶体结构。在原子吸附研究中发现,Al60N60团簇吸附N原子和Cu原子具有相似的化学吸附特点,N和Cu原子都容易在Al60N60团簇顶面和侧面的棱边位点吸附堆积,且在电子结构方面,N和Cu原子化学吸附体系的电子态密度曲线在费米能级附近具有相似的深能级占据。纯的Al60N60团簇吸附NO、NO2、CO、CO2和SO2这五种致霾气体时,发现NO2、NO、CO2、CO和SO2分别吸附在Al60N60团簇top.b位点、edge.ap位点、edge.ah位点、edge.ap位点和edge.ah位点时,吸附体系的结构较为稳定,吸附能绝对值相对较高,电荷转移较大,这几种吸附体系中Al60N60团簇与气体之间为强的化学吸附。纯的Al60N60团簇吸附NO2气体前后,能隙变化了 44%。使用Ti、Si和Mn原子对Al60N60团簇修饰后发现,Ti、Si和Mn原子吸附在Al60N60团簇顶部位点时对应的结构较为稳定,吸附能绝对值较高,电荷分布较均匀。对这些异类原子修饰的Al60N60团簇吸附致霾气体的特征进行研究发现,这三种原子修饰的Al60N60纳米团簇材料对CO2气体不敏感,不适合做其气敏材料。而Ti原子修饰的Al60N60团簇吸附CO和SO2气体时,能隙急剧减小,与纯团簇吸附体系相比,能隙分别变化了 62%和50%。新型AlN纳米线结构形状为螺旋桨状,由三个“叶片”组成,该结构具有三种纵向和三种倾斜的Al-N键长。Al和N原子的杂化方式与它们组成的空间构型以及配位数有关,配位数为3、4和5的原子对应的杂化方式分别为sp2、sp3和sp3d。新型AlN纳米线结构的结合能和功函数分别为-4.86eV和-5.33eV。通过Bader和电荷分析,三个“叶片”连接处的Al和N原子对应的电荷变化为最大,从“叶片”连接处依次向外,Al原子的电子损失逐渐减小,N原子得到的电子也逐渐变少。通过计算发现,该结构磁距为零,能隙为2.5eV,这种新型的AlN纳米线结构是一种非磁性半导体材料。