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氢键是一种最常见的弱相互作用,在化学,生物化学,晶体组装,医药研究甚至是超分子学领域都起着非常重要的作用。而超分子在材料学领域是基础性的研究,因此对于氢键性质的研究就成为了21世纪研究的热点问题。本文的研究目的就是利用量子化学的方法和手段,结合Bader等人的“分子中的原子理论(AIM理论)”,对经典的氢键、π型氢键和单电子氢键的本质和性质进行详尽的研究。本文第二章简述了量子化学的发展历程及其发展现状。近年来,随着实验技术的飞速发展,更多更精密的仪器被用来研究分子及原子的电子结构,比如ESR, IR,电子光谱等。实验与理论的结合,分析仪器的使用与量子化学理论的结合,使得对分子和原子的电子结构的研究更加精确。这些对于我们认识和理解氢键的性质和本质都是有着非常重要的意义。本文第三章以N2O分子为研究对象,将其与HX(X=F,Cl,Br)分子形成的氢键体系进行了详尽的研究,发现N2O分子存在以边缘的N原子或O原子成键两种类型,然后以Bader等人的“分子中的原子理论(AIM理论)”为依据进行了详尽的电子密度拓扑分析。本文第四章以CH3CN分子为氢键的电子供体,将其与H2O分子和HX(X=F,Cl,Br)分子形成的氢键体系进行了电子密度拓扑分析。并且对质子供体H原子的积分净电荷、原子能量、偶极矩、原子体积的变化进行了详细的研究。本文第五章对C6H5F分子与CHF3和CHCl3分子形成的氢键体系进行了详尽的研究。他们分别形成了三种类型的氢键,其中有一类氢键为π型氢键,也称之为蓝移型氢键。对我们所要研究的体系,从分子的构型参数、作用能、电子密度拓扑性质和H原子的积分性质方面进行了详细的研究,发现蓝移型氢键与经典氢键存在很多的相似之处。本文的第六章中以自由基CH3O和CH3S为研究对象,讨论其与HX(X=F,Cl,Br)分子形成的氢键体系,从构型参数、拓扑性质方面进行了研究。并且以我们课题组自行编写的ZGTA09程序包将α电子和β电子进行了分离,得到了单电子氢键体系的自旋电子密度等值线图,形象的说明了单电子氢键的成键特征。本论文的创新之处:(1)对经典的氢键、π型氢键及单电子氢键进行了详尽的电子密度拓扑研究,分析发现:形成氢键以后,质子供体中H原子的积分净电荷增加,原子能量升高,偶极矩减小,原子体积减小。(2)采用我们课题组自行编写的ZGTA09程序包对单电子氢键进行了α电子和β电子分离,得到了单电子氢键体系的自旋电子密度等值线图,形象的说明了单电子氢键的成键特征。(3)采用我们课题组编写的ZGTA09程序包做出了经典的氢键、π型氢键及其单电子氢键的电子密度Laplacian量等值线图,形象的说明了各种类型氢键的成键特征及其本质。