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图1 甲苯裂解反应路径设计
对设计路径的热力学和动力学进行了计算。研究工作对化合物中可能产生热裂解的化学键作了模拟均裂的热力学量及振动频率计算，计算得到了各设计反应路径的热力学函数
?Uo,?Ho,?Go 和?So；对热力学支持的主反应路径，用Q ST 2 方法进行了过渡态的寻找
和优化, 并通过振动频率分析和内禀反应坐标方法对过渡态进行了验证, 得到了主反应的活化能和过渡态的热力学函数?Eo?,?Ho?,?Go?和?So?; 用过渡态理论。 计算得到了这些路径在一定温度范围内的速率常数。 在计算中, 用密度泛函方法UB3L YP/3-21G*得到的标准反应焓变?Ho 与实验值吻合较好, 说明其较适合低级芳香烃热裂解反应的热力学量的计算. 更早一些的工作采用了计算量较小的AM PAC 软件中的AM 1 方法处理了以叔丁基醚(t-C4H9-O-R ) 为模型的煤中醚类的热分解反应, 由这样一套理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性， 对煤热解的量子化学基础研究有重要意义。在传统的反应模型中, 认为煤热解主要是由于单元结构之间共价桥键的断裂, 如C- C 键和C-O 键. 然而事实上不仅桥键的裂解能， 而且非共价键, 如氢键和P-P 键之间的相互作用, 对煤的转化和挥发分产率有重要作用。 为了分析煤中两个邻近羟基的相互作用, 对两个消除反应模型体系(见图2) 的热解进行了量子化学研究。
图2 邻近羟基的消除反应模型
应用Gaussian98 HF/STO 23G 水平计算了脱氢反应的位能面， 使用密度泛函B3L YP/6231 方法计算了所涉及的化学物种的生成热和振动频率。 并用内禀反应坐标方法确定过渡态的结构. 对图2 中的反应1, 实验得到的速率方程为：
kexp?1013.3exp(?271KJ.mol?1/RT)
计算得到的速率方程为：
kcal?1013.3exp(?266KJ.mol?1/RT)
可见实验计算得到的反应活化能和速率常数与实验测定结果比较吻合。
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3.2 在材料研究中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。 钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致，而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr，Ba 原子键级与Sr-O，Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级，由此认为，含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径 （二） 在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异。量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径。 3.3 在生物大分子中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与
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变异的奥秘, 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
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4 总结
本文主要研究关于量子化学计算的基本原理及应用，了解了量子化学计算的发展过程以及量子化学计算的主要发展方向和量化计算的主要应用软件以及两组化学计算的主要应用。从薛定谔方程出发，结合量子化学计算方法对量子化学计算的原理和应用作了深入地探讨，结果表明量子化学计算在现实生活和科技领域均占有重要地位，具有重要作用。
我们首先具体介绍了量子化学的发展背景，量化计算的应用软件与量化计算的研究意义。然后详细介绍了薛定谔方程，又扩展到密度泛函理论和对称性匹配的微扰方法然后介绍了量子化学计算的基本方法。包扩分子轨道法，从头计算法，赝势价轨道从头算法，组态相互作用法，近似计算法，CND法，INDO法，Xe方法 等。
最后我们介绍了量子化学计算在各个领域中的应用，并详细介绍了它在在材料研究中的应用，在能源研究中的应用，在生物大分子中的应用。其中在材料研究中包括在建筑材料方面的应用，在金属及合金材料方面的应用。在能源研究中包括在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用，并用从头计算等方法详细分析了量化计算在锂离子电池研究中的应用。
今后，量子化学在其他化学分支学科的研究方面将发挥更大的作用，如催化与表面化学、原子簇化学、分子动态学、生物与药物大分子化学等方面。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
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谢 辞
衷心感谢理学院所有老师在我四年的大学生活中给予的教导和关怀，感谢同课题组及本班的同学所给予的大力支持和无私帮助！
本课题是在导师季燕菊老师的严格要求和悉心指导下完成的，从课题的选题到论文的撰写，每一步都倾注着季燕菊老师的心血，季老师以其渊博的知识，广阔的科研视野和多年科研的丰富经验教会我进行科研工作的方法，尤其是季老师做人做事认真的态度更是使我终生受益匪浅，所有这些都将在我今后的生活和工作中产生深刻的影响，是我一生受用不尽的宝贵财富，谨在此论文完成之际，对导师表示最真挚的感激之情，衷心感谢季燕菊老师半年来对我学习和生活的启迪、指导和关怀！
本课题的完成离不开国内外的技术资料，在此对于参考文献的作者译者以及出版单位表示感谢！
感谢所有支持和帮助过我的老师和同学！
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