1、金屬內嵌富勒烯是一類將金屬原子或者含有金屬原子的團簇包裹在富勒烯碳籠中所形成的復雜分子，因其結構和理化性質的特殊性，一直被廣泛關注和研究。近二十多年的研究歷程中，量子化學計算在深入研究金屬富勒烯的結構和性質方面具有獨特優(yōu)勢，其能夠快速預測熱力學穩(wěn)定的富勒烯異構體，并且能對這些穩(wěn)定結構進行性能分析，對實驗研究提供理論依據，是金屬富勒烯研究中不可或缺的重要手段。本文利用密度泛函理論計算，系統(tǒng)地研究了一系列重要的內嵌金屬團簇的富勒烯分子的幾何

2、結構和電子性質，研究內容如下:
　　(1)由于C和N原子電子密度的相似，單晶X射線衍射無法準確預測它們在富勒烯籠內的具體位置和成鍵方式?；诿芏确汉碚摚覀冄芯苛薙c3CN@C80-Ih中內嵌團簇的結構，確定了它們最穩(wěn)定的結構為C原子處在三個Sc原子以及N原子形成的準四邊形的中央。結合它們的前線軌道圖，紅外和拉曼光譜等手段，進一步分析Sc3CN@C80-Ih的幾何結構、電子結構及與Sc3NC@C80-Ih之間的關系。
　　

3、通過計算，Sc3CN@C80-Ih較Sc3NC@C80-Ih具有大的結合能和HOMO-LUMO能隙，因此表明，Sc3CN@C80-Ih在實驗中比Sc3NC@C80-Ih更容易合成。但二者的紅外和拉曼光譜趨于一致，對應特征峰的位置沒發(fā)生變化，表明CN的具體位置對籠的整體力學分布并未產生大的影響。
　　(2)基于DFT的方法研究了新結構富勒烯YCN@C76結構和性質，通過研究它的最穩(wěn)定結構以及各種光譜性質，與內嵌金屬富勒烯Sc3CN@

4、C80-Ih進行了對比。對比發(fā)現(xiàn)，在Sc3CN@C80-Ih構型中，內嵌團簇Sc3CN當C在中間時Sc3CN@C80-Ih整體結構更穩(wěn)定;而在直線型YCN@C76-19138-C2v構型中，內嵌團簇YCN當N在中間時更穩(wěn)定。
　　(3)研究了基于C80-Ih碳籠的混合三金屬氮化物內嵌富勒烯Sc3.xYxN@C80(x=0-3)的最穩(wěn)定的結構規(guī)律，發(fā)現(xiàn)它們均具有大的結合能和寬的HOMO-LUMO能隙。通過計算它們的絕熱電子親和勢和電