化学一直作为一门实验科学为大众所熟知。从量子力学建立,求解波函数,到密度泛函理论的建立,伴随着计算机技术的发展,计算化学也一直在蓬勃发展。微观体系的第一性原理研究已是涉及物理,化学,材料科学等研究必不可少的手段。成核与生长机理研究对理解气相颗粒物以及纳米材料的形成机理有重要意义。本论文就第一性原理应用于大气团簇成核和一维纳米线形貌调控机理做了详细研究探讨。第一章就研究中涉及的理论方法进行简介。包括密度泛函理论和团簇搜索算法的介绍。第二章对大气成核背景及现有研究做了综述。气溶胶影响空气质量,人类健康,生态系统乃至天气气候。初级气溶胶由自然或者人为直接排放到空气中,二次气溶胶通过不同的物理化学途径生成,被认为是大气颗粒物的主要来源而受到关注。人们对二次气溶胶的研究分为实地测量,实验室仪器探究和理论、模型研究等。一直以来,低挥发性物质被认为是大气成核的关键,如研究最多的是硫酸,碘氧化物和低挥发性的有机物。随着经济发展,城市环境污染加重,极大影响人类正常活动,城市污染物及环境的复杂性,使得以往的研究不能够很好的对城市中发生的新粒子成核现象进行解释。近年来,工业脱硫技术以及排放标准的提高,SO2的含量逐渐下降,但是NOX的排放量却在不断提升,城市雾霾成分硝酸盐所占比例不断提升。最新对硝酸-氨气体系成核研究认为,硝酸铵的饱和比才是凝结的热力学驱动力。第三章、第四章是利用第一性原理进行的以硝酸-氨气体系为载体的大气成核研究。对于酸碱体系,计算了含有四种硝酸和四种氨的体系。空气中含有大量的水分子,利用电子结构计算,研究成核物质的水团簇,以得到更准确的在不同相对湿度下的蒸发系数,从而更准确地模拟形成速率和生长路径,对成核过程有更深刻的认识。在我们的工作中,我们将水合物中所含的水分子数计算为5～13,以实现收敛。研究结果为不同相对湿度特别是较高相对湿度下的成核过程提供了更准确的描述。基于最优能量构型,进行了一系列的数据分析,包括水化分布、碰撞系数和蒸发系数。蒸发系数是最能直接反映团簇稳定性进而决定其成核生长情况最重要的参数。分析结果反映了相对湿度对团簇蒸发速率的敏感性及其对部分蒸发路径的影响。进一步的模拟得到的形成速率和生长路径表明,在污染物浓度较高、温度较低和相对湿度较高的条件下,形成速率显著提高。随着初始[HNO3]、[NH3]浓度、温度和相对湿度的变化,生长路径反映的成核机理也发生了变化。第五章实验合作组在实验上通过控制有机表面活性剂PVP（聚乙烯吡咯烷酮）和CPK（环戊酮）的比例,能够精准调控Te/Pd纳米线生长,我们利用第一性原理计算探究,给出微观的解释。我们模拟了2-吡咯烷酮（2P）和CPK在Te/Pd特定晶面的吸附能,通过计算测试发现这些分子结构中的氧与表面作用最强,以氧吸附在特定位点作为基准建立吸附模型,寻找最低构型,计算出相应表面吸附能。调控生长的内在机理就是不同分子在不同表面吸附能存在差异,从而控制表面活性剂的比例就能够精准调控纳米线的形貌。