纳米团簇属于物理、化学和材料科学等多学科的交叉,是近年来引人注目的热点领域之一。研究团簇性质和应用的首先是要获得其最稳定结构,然而确定团簇基态结构是一个复杂的全局优化问题,是当前团簇研究的重要难点。由于实验上直接测定团簇的结构比较困难,人们往往通过理论计算和与实验光谱学数据比较的手段,了解团簇的几何结构,并进一步探讨其电子性质。本论文用遗传算法结合密度泛函从头算理论对Ga、NaSi和WO3三个团簇体系做了系统研究,给出了它们的结构和生长规律,并研究了它们的电子性质。Ga是一种复杂的金属,GaAs作为一种重要的半导体而广泛应用。Ga团簇比固体的熔点要高,这个反常现象引起了人们很大的兴趣。因此,在第三章中,我们研究了尺寸范围在20-40的Ga团簇的最低能量结构和电子性质。我们的研究发现,在这个尺寸范围内,Ga团簇可以分为几种生长模式。Ga团簇内核原子逐渐增多,最终形成核.壳结构；其中Ga23和Ga36表现出很大的相对稳定性。Si是最重要的半导体,Na在Si表面的吸附受到了人们的重视。关于NaSi团簇的理论和实验方面的工作都很多。在第四章中,我们系统地研究了中性和阴离子的NamSin团簇(1≤m≤3,1≤n≤11)的最稳定结构,扩充了前人的理论研究尺寸。我们发现中性NaSi团簇中,Na原子喜欢相互分离,而在阴离子中Na原子倾向于靠在一起,密立根布局数分析也显示了这一点。随后我们研究这些团簇的电子性质。我们计算的电离能、电子亲和能和光电子谱与实验符合很好。WO3是一种重要的光催化材料。目前对(W03.)。团簇的研究仅限于n<6。为了给进一步研究W03纳米材料提供参考,我们研究了1<n≤12的W03团簇。在这个尺寸范围内,W03团簇逐渐由平面环结构过渡到中心为O原子的三维结构,最终模式为中空的笼形结构。W原子习惯采取5配位结构,其中4个为2配位的O,另一个为1配位的O。O原子的配位数主要为1和2。大部分WO3团簇结构都表现出很高的对称性。我们还研究了这些团簇的电子性质。轨道分析显示,费米面附近的电子主要是由氧原子的2p电子和钨原子的5d电子贡献的。最后,我们还在W03团簇结构模式的基础上构造了W03的纳米管。以上工作,为深入理解不同键合类型团簇的基态结构,探索团簇和相关纳米结构生长规律,解释现有实验数据,提供了重要的理论参考。