氮氧化物和二氧化硫是主要的大气污染物,主要来源于煤和石油等化石燃料的燃烧。氮氧化物和二氧化硫的排放会影响人类的健康和环境质量。传统的脱除氮氧化物和二氧化硫的方法往往会导致二次污染或者成本昂贵,因此,研究环境友好、成本低廉的脱除氮氧化物和二氧化硫的方法已成为研究热点。本实验组前期的大量实验结果表明金属铁及其氧化物可以直接还原一氧化氮和二氧化硫。但是对于其在分子水平上的微观机理,现阶段还缺乏相应的研究。量子化学是描述化学微观反应的学科,量子化学中的密度泛函理论可以揭示反应体系的中间体、过渡态及动力学特性等有关信息,从而可以得到相关的反应机理。本文以量子化学为理论基础,采用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）中的B3LYP方法在6-311+G（d,p）的计算水平上计算研究了过渡金属铁簇与NO,SO₂的反应。利用量子化学计算软件Gaussian软件分析其反应的主要反应路径,全参数优化了各体系反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证,确定反应步骤及反应活化能,绘制反应势能面（PESs）,获得主要反应的反应机理。同时利用分子中原子理论（Atoms In Molecules-AIM）,得到了各驻点结构键鞍点的拓扑性质。通过反应活化能,拟合反应速率常数曲线综合分析反应机理问题。主要研究结果如下:1.铁簇Fe₆和NO反应在二十重态以及二十二重态势能面上的反应路径是相似的,势能面上出现了一个交叉点,增加反应放热,属于两态反应。利用经典过渡态理论分别拟合出在单一反应势能面与通过势能面交叉的反应面的反应速率常数曲线,发现势能交叉点的存在能使反应速率常数增大。有效地降低反应的活化能,为整个反应体系提供了一条能量较低的反应路径。Fe₆和NO的反应会按照以下路径进行:Fe₆+NO→²⁰C1→²⁰TS1→²⁰C2→²⁰TS2→²⁰C3→²²TS3→²²C4→²²TS4→Fe₆O+N。2.铁簇Fe₂和SO₂反应在七重态以及九重态势能面上的反应路径是相似的,七重态和九重态反应势能面上出现了两个势能交叉点,增加反应放热,属于两态反应。利用经典过渡态理论分别拟合出在单一反应势能面与通过势能面交叉的两态反应势能面的反应速率常数曲线,发现势能交叉点的存在能使反应速率常数增大。势能面上的两个交叉点有效降低了反应的活化能,为整个反应体系提供了一条能量较低的反应路径。所以,Fe₂和SO₂的反应会按照以下路径进行:Fe₂+SO₂→⁷C1→⁷TS1→⁹C2→⁹TS2→⁹C3→⁷TS3→2FeO+S。