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由于非线性光学（NLO）材料有趣的光电性质和潜在的应用价值,设计及合成高性能的非线性光学材料吸引越来越多科学家的广泛关注。本文在理论化学基础上,以硼烷,碳硼烷为主体设计NLO分子体系。其中,包含两个碳原子的碳硼烷是一类多面硼族化合物,由于该化合物具有三中心二电子的结构特点,从而表现出良好的热化学稳定性。同时,碳硼烷上的氢有被取代性的特点,因此,关于它修饰体系的研究十分活跃。本文研究的主要目的在于:（1）了解所设计新体系的电子结构和化学键性质;（2）寻找适合用以计算硼烷,碳硼烷修饰体系的密度泛函（DFT）方法;（3）比较并分析设计的新体系的NLO性质变化的规律。主要研究内容为以下三个方面:1.九个噻吩并碳硼烷分子[M,N]（M,N分别代表左侧和右侧噻吩环的数目）的结构和非线性光学性质被系统地研究,其中三个对称的分子[1,1],[2,2],[3,3]是实验合成的,而六个不对称的分子[1,2],[1,3],[1,4],[1,5],[2,3],[2,4]是理论设计的。结果显示,当左右两侧噻吩环数目M和N相等时,βtot值随着噻吩环总数的增多而增大。有趣的是,当M和N的总数相等时,M和N的数值差距越大,βtot值越大。特别是当噻吩环总数是4时,不对称结构[1,3]的βtot值（3553 au）是对称结构[2,2]的βtot值（66 au）的54倍。2.最近,Morisaki实验上合成了噻吩并碳硼烷的两个同分异构体分子:Tb1和Tb2。另一方面,最近的研究表明锂原子的掺杂可以显著提高体系的βtot值,所以,我们在Tb1和Tb2上分别掺杂了锂原子得到了Tb1-Li和Tb2-Li。结果显示锂原子的价电子被吸引到了Tb1和Tb2上,并且分布在了不同的区域。因此,锂原子的掺杂效应使Tb1和Tb2的βtot发生了显著的变化,Tb1-Li的βtot值是Tb1的160倍,而Tb2-Li的βtot值仅仅是Tb2的5倍。3.这部分工作我们用（CH2）3连接的两个Li@B10H14分子,并对三种自旋多重度:三重态（1）,单态双自由基（2）,单重态（3）的结构和非线性光学性质进行系统的理论研究。首先,三种结构有较大的区别:两个Li@B10H14的扭转角度（文章中以特定的二面角表示）:夹角分别是13.71?,1.65?和0?。重要的是,不同自旋多重度下的第一超极化率呈现有趣的变化趋势:1（19129）<2（35992）<3（77660 au）。此外,它们的最大吸收波长可以很好的解释第一超极化率变化的趋势:1（λmax=362）<2（λmax=396）<3（λmax=431 nm）,对于三种不同自旋多重度的体系来说发生了红移。我们希望本文的研究工作对未来硼烷的探究学习有所启发并对硼烷及碳硼烷体系的非线性光学材料开发提供重要的理论依据。