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碳纳米管自发现以来，凭借其独特的几何结构和优异的物理化学性能广泛应用于氢存储、传感器、吸附、场发射及晶体等领域。其中碳纳米管在传感器领域起着举足轻重的作用，因为碳纳米管巨大的比表面上分布着活性的反应基团和丰富的接触孔使得碳纳米管很容易吸附外来气体分子并与外来气体分子发生反应，我们也可以通过反应带来的变化来检测外来气体分子的存在。但研究发现本征碳纳米管仅仅能够探测到小部分气体分子，不能灵敏地检测例如CO、CH4、CO2、NO、SO2等有毒气体分子。而目前大量的实验和理论研究表明过渡族金属原子掺杂可以有效地提高碳纳米管的气敏性，因为过渡金属原子具有丰富的d电子和空轨道可以促进气体小分子的吸附，这对于指导有毒有害污染气体纳米电子传感器的研发具有重要意义。随着科学技术的发展，人们对电子产品的高度集成化迫切要求碳纳米管的尺寸不断地缩小。因此本文选择小半径（管径在4(A)左右）的碳纳米管作为研究对象，此外，为了寻找探测SO2分子的新型高效传感器，本文采用第四周期第八副族(Fe、Co、Ni)三种金属原子掺杂的碳纳米管去检测有毒气体SO2分子。文中采用基于第一性原理的DFT方法对本征碳纳米管((n，0)SWCNT(n=4，5，6))及铁、钴、镍分别掺杂的碳纳米管(Fe-(n,0)SWCNT(n=4,5,6)、Co-(n,0)SWCNT(n=4,5,6)、Ni-(n,0)SWCNT(n=4,5,6))吸附SO2分子的行为展开模拟计算，并且分析了过渡金属掺杂对碳纳米管几何结构、电子结构、吸附性能等方面的影响。文中所有计算均采用Materials Studio中的DMol3软件包。其中研究工作的主要结论如下: (1)过渡金属原子具有较高的化学反应活性因此过渡金属掺杂可以增强碳纳米管对SO2分子的吸附能力。掺杂原子突出在碳纳米管管壁，改变了碳纳米管的表面结构，激活了掺杂处的反应区域使其更易与SO2分子发生反应。 (2)从对称性的角度分析了掺杂对吸附SO2分子的影响，文中引入了对称性破坏因子“δ”，计算表明在小管径范围内，过渡金属原子掺杂的碳纳米管的对称性破坏因子“δ”越小，则其对SO2分子的吸附性能越好。 (3)根据吸附能、几何结构、电子性能的分析表明，本征碳纳米管对SO2分子并不敏感，两者之间仅仅是物理吸附，而过渡金属原子掺杂的碳纳米管对SO2分子吸附的过程中伴随着较高的吸附能和较短的吸附距离以及较大的电子转移量表明两者之间为化学吸附，即掺杂提高了碳纳米管对SO2分子的吸附性能。为了进一步分析掺杂对碳纳米管电子性能的影响，文中还计算了掺杂碳纳米管的前线轨道能隙，结果表明镍掺杂碳纳米管的能隙减小而铁掺杂碳纳米管和钴掺杂碳纳米管的能隙增加，这一现象说明镍掺杂碳纳米管对SO2分子的检测更加敏感更适合作为SO2气体分子传感器。