近些年,二氧化钛(TiO2)光催化材料已被深入地研究。二氧化钛由于其特殊的光学和电子特性已经成为材料科学领域研究的一个热点。二氧化钛材料还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性和能与食品直接接触等特性。因此,它被广泛应用于抗紫外线材料、纺织、光催化触媒、自洁净玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业和航天工业。二氧化钛材料具有非常广阔的发展前景,对它的研究和利用将带来巨大的经济效益并改变人们的生活。然而,二氧化钛具有较大的禁带宽度(锐钛矿型二氧化钛为3.2eV,金红石型二氧化钛为3.0eV),因此只有在紫外线照射下才能激发。我们知道,地球表面的太阳光谱中仅有5%的紫外线。为了改善二氧化钛的光催化活性,使其在可见光辐射下也能够吸收,研究人员发现了两种主要方法,那就是往二氧化钛中掺杂两种类型的元素,过渡金属元素和非金属元素,而前者是更有效的方法。到目前为止,二氧化钛已经被掺杂了形形色色的过渡金属,包括铜、银、金、钒、铬、铁、钴、镍、铌、钼以及锰。掺杂这些过渡金属可以有效地延长二氧化钛对可见光的光响应范围,因为这种做法可以在二氧化钛的禁带中建立杂质能级,以便有效地分离电子和空穴,从而延长载体的寿命。这些年研究人员对锰掺杂的二氧化钛材料已有一些研究,锰掺杂的二氧化钛材料比纯净的二氧化钛材料在可见光下具有更高的光催化降解效率。而在体系表面吸附氟原子后,整个体系的稳定性及磁特性都会有变化。因此对吸氟掺锰二氧化钛的研究具有很好的现实意义。我们采用第一性原理计算,研究了掺杂两个锰原子的二氧化钛结构特性。其中,我们用锰原子取代了钛原子,以研究以下两点:(1)锰离子具有更好的掺杂效果,(2)氟原子吸附的锐钛矿型二氧化钛表面能产生铁磁性。当掺锰二氧化钛体系表面吸附氟原子后,对于所有的掺杂组态,铁磁性(FM)的耦合都比反铁磁(AFM)的耦合更稳定。锰离子的磁矩降低,而那些处在体系表面上的氧原子的磁矩却增大。氧原子的磁矩主要来自自旋极化轨道Px和Py。氟原子的吸附会促进锰原子的掺杂,并在一定程度上起到了改善整个体系结构的稳定性、磁性和金属性的作用。