近年来,Co基尖晶石氧化物材料在诸多领域得到了广泛的应用。实验上通过掺杂、结构和形貌设计、引入氧空位等手段大大提升了Co基尖晶石材料的性能。然而,实验上对于性能提升的机制,往往难以给出清晰的物理解释,因此需要从材料微观角度深入研究其结构和电子结构等性质。本文采用第一性原理计算方法,研究了Co基尖晶石材料的原子结构与电子结构特性,系统分析了它们对宏观性质产生影响的作用机理。主要结论包括以下几个方面:1)我们发现高温下MCo₂O₄（M=Ni、Co、Mn）在考虑构型熵的贡献时,反尖晶石构型比正尖晶石构型更稳定,并且具有更高的电子电导率。在反尖晶石结构MnCo₂O₄和NiCo₂O₄中,Mn与Ni的3d电子态贡献了其费米能级附近的能态。从晶体场理论的角度看,处于八面体场中的Mn与Ni二重简并的e_g轨道发生较弱的劈裂,劈裂后能级相近的两个轨道分别作为导带与价带。所以MnCo₂O₄和NiCo₂O₄具有较好的导电性。并且我们发现F掺杂与O空位能进一步提升MnCo₂O₄的导电性。2)我们研究了基态上最稳定的正尖晶石NiCo₂O₄,发现在NiO₄四面体中发生了姜-泰勒畸变,从而导致NiCo₂O₄由立方相转变为四方相,电子结构由金属性转变为半导体性。由于Ni-d_xz、Ni-d_yz与O-2p轨道存在共价键的相互作用,因此导致姜-泰勒畸变,并且释放出0.84 eV（每化学式）的能量。3)从理论上证明了P掺杂Co₃O₄时更倾向于替换Co原子而不是O原子。P在富氧环境中更易作为电子施主,这和Co在Co₃O₄中失电子的属性一致,而和O得电子属性相矛盾,这导致P掺杂O位在热力学上不稳定,并且P掺杂能有效的提高电导率。这一研究结果,和主流实验文献中提出的P替换Co位的机理不同。