人们对星际领域的探索方兴未艾,尤其是对与地球大气极有渊源的泰坦星大气,更是取得的极为重要的成果。泰坦星球大气中的主要成分为氮气和甲烷,此外还存在着其他烃类化合物(如乙烷,乙烯),和大量的离子如(N2+,N+)等。这些分子(离子)在泰坦的大气环境下将如何进行反应,这些反应行为对我们分析地球大气的最初构成有着什么样的作用,一直是化学家和天文学家所关注的焦点。本文通过探讨泰坦星球大气中分布较多的N2+离子和甲烷分子的反应行为,试图对这一焦点问题给出一些启示,研究结果对将来的星际探测以及地球的大气演变过程具有理论指导意义。另一方面,甲烷是天然气的主要成分,活化甲烷中的C-H键,使其生成甲基自由基,进而合成便于储存和运输的液体燃料,具有非常广阔的应用前景。本文利用现代量子化学理论,对CH4和N2+的反应进行了理论研究,得到了反应势能面的详细信息,主要结果如下：一、对CH4和N2+反应体系进行了精确的量子化学和分子反应动力学的计算方法,研究了CH4和N2+反应的微观过程,并对实验上不能确定的反应机理做出可靠的理论预测。二、对CH4和N2+反应体系的势能面进行研究,确定了中间体和过渡态的几何结构,对各个中间体、过渡态、产物能量进行计算,同时将计算结果和实验上测得的结果吻合度比较高。以上研究成果为解析含有C和N原子的小分子化合物的结构,为预测其可能发生的反应机理提供了有效的依据,并可以为将来的星际探测以及实验室合成等提供理论基础。