近年来,星际空间中分子的发现加深了我们对星际分子形成的认识,并为我们提供了对宇宙中生命进化的新见解。研究星际分子的形成,对推断恒星的演化和生命起源具有重要意义。寻找新的以及更复杂的有机星际分子已经成为天文学家的重要工作部分。时至今日,人们已经在星际空间中发现了200多种星际分子。在论文的第三章,首先结合量子化学计算方法,采用局部粒子群优化算法对HC₆N分子进行了详尽的结构设计;接着在密度泛函理论的B3LYP/6-311+G（d,p）水平上,对这些初始结构进行了结构优化和本征振动模式分析,预测出HC₆N的65个热力学稳定的异构体,其中有55个异构体未见过报道,被实验检测到的第一和第二低能态分别为:线性三重态异构体A-a和三元环单重态异构体C-a。对前12个相对能量差在2eV内的最低能态的同分异构体,我们进一步采用高精度的CCSD（T）/cc-pvtz水平的从头算方法进行计算,给出了它们的能量和偶极矩。计算了前11个单重态HC₆N分子的电子结构和势能面,确定了它们之间的8个过渡态,热力学和动力学稳定性分析表明:它们在反应或演化过程中应属于寿命较长的单体,因此,在实验室或星际条件下观察到这些同分异构体的可能性是很大的。另外,本工作提供了这12种低能态异构体的红外、拉曼光谱和光电子谱。本文所预测的几何结构和光谱性质,对于在星际介质中鉴定HC₆N或在实验室中寻找其他HC_2nN（n>3）物种具有一定的参考价值。在C₆₀富勒烯被发现以后,人们对各种高对称空心笼状结构开展了大量的研究。硅与碳同属一个主族,其电子结构与碳相似,无疑是形成笼状结构的潜在元素。但是,因为Si原子自身电子性质的缘由,纯中空硅笼是不稳定的。大量的研究已经证明,由于金原子中d轨道的存在,金原子与硅原子的掺杂,可以使团簇具有更高的稳定性。论文第四章运用基于密度泛函理论的电子结构计算,振动频率分析预测了两个稳定的中空金硅簇合物:中空笼状团簇Au₁₂Si₂₀和中空管状团簇Au₃₀Si₁₂。结构分析包括了团簇的基本组成形式,分子的平均键长。电子结构分析包括了平均每原子结合能、HOMO-LUMO能隙、差分电荷密度、分波态密度、Hirshfeld布居分析、自然键轨道分析。在两种团簇的电荷耗散和电荷聚集方面,主要是金原子失电子,硅原子得电子。在费米能级附近,团簇Au₁₂Si₂₀中p轨道对电子总态密度的贡献最大,但s轨道以及d轨道对电子总态密度也有少量贡献,表明在Au₁₂Si₂₀团簇中,存在s、p、d轨道之间的杂化,使得分子具有较好的结构稳定性。团簇Au₃₀Si₁₂的费米能级附近仍然是p轨道对电子总态密度的贡献最大,d轨道对电子总态密度也有不少贡献,表明在Au₃₀Si₁₂团簇中主要是Au原子的d轨道与Si原子的p轨道进行p-d杂化。两个团簇的HOMO-LUMO能隙分别为0.365eV和0.101eV,表明它们具有半导体性。另外我们还优化了两种团簇的阴离子,为实验提供了它们的光电子谱。