该论文采用关于材料模拟和设计的Materials Studio软件系统,分别利用分子力学、分子动力学和量子化学等计算化学理论研究纳米体系材料一介孔材料的结构和性能.首先采用密度泛函理论的全势PLAPW方法研究了金红石型纳米TiO<,2>的表面原子和电子结构及其性质.理论模拟计算结果表明:金红石型纳米TiO<,2>(110)表面原子结构发生了弛豫和重构,随着原子层厚度的增加,相应的弛豫距离减小,随之表面禁带宽度降低,从而具有了准金属特性.为进一步研究孔材料的性质,采用分子力学、分子动力学方法模拟研究了氨基酸分子在单壁纳米碳管中的吸附和扩散行为,并对氨基酸分子在纳米碳管中的构象和能量进行了优化.在分子动力学研究氨基酸在纳米碳管吸附的基础上,应用密度泛函理论和方法研究了甘氨酸分子在纳米碳管中的电子结构和性质.MOF-5是由对苯二甲酸(BDC)和锌离子络合而成的一种具有开放孔结构的有机金属络合物.采用硝酸锌、N,N-二甲基甲酰胺与对苯二甲酸等试剂利用溶剂热法制备MOF-5晶体结构,XRD表明配合物具有介孔结构.利用Monte Carlo模拟退火算法和分子图形学方法确定MOF-5的晶体结构和原子结构.MOF-5的结构模拟结构表明MOF-5是一个规整的三维直通型介孔网络结构,在这个网络结构中对苯二甲酸起框架支撑作用.MOF-5储氢性能的分子力学模拟研究表明,H<,2>分子均集中在MOF-5的中心的笼子中,而且随着H<,2>分子数的增加,其体系的总能量和稳定化能都呈下降的趋势.分子动力学模拟结果表明MOF-5吸附氢气时,H<,2>分子均匀分布在MOF-5的介孔结构中,而且达到吸附平衡的时间比较短,有利于其作为氢气的载体.