氟离子在生命科学，环境科学和化学领域中具有重要的作用，因此研究识别氟离子的化学传感器具有重要的意义。涉及氢键的大量的阴离子化学传感器的已经被设计。激发态氢键的研究对许多光化学及光物理过程的理解具有关键的作用。本论文采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）等理论方法深入地研究了脲基部分与阴离子间的相互作用。主要研究的结论如下：1.基于脲基衍生物的阴离子化学传感器的理论研究采用DFT和TD-DFT方法，在B3LYP/6-31G（d）计算水平上，对N-Phenyl-N’-（3-quinolinyl）urea （PQU）及其衍生物的基态和激发态全部的几何结构进行了优化和频率计算。在优化得到稳定结构的基础上，研究了PQU及其衍生物与阴离子形成络合物的电子光谱的性质。（1）在基态，苯环和喹啉部分与脲基部分处于同一平面。双重分子间氢键在PQU和三个阴离子（F^-, Cl^-, AcO^-）间形成。氢键的形成使PQU·X^-（X=F, Cl, AcO）三个络合物的第一吸收峰发生了稍微的红移。PQU·F-的去质子化发生在基态，而且引起了吸收峰明显的红移。（2）在第一单重激发态，对于PQU和PQU·F^-络合物，苯环和喹啉部分与脲基仍然处于同一平面上。然而，对于PQU·Cl^-和PQU·AcO-络合物，喹啉部分沿着C2-N3键的方向发生了扭曲。对于三个氢键络合物PQU·X-（X=F, Cl, AcO），与S₀相比，S₁态的氢键明显的增强。PQU·F^-在激发态也发生了去质子化。总之，PQU对氟离子的高的选择性归因于阴离子引起的脲基部分N-H的去质子化。当化学传感器PQU与氟离子相互作用时，去质子化过程在基态发生。2.二芳基脲与阴离子间氢键激发态的理论研究采用DFT和TD-DFT，在B3LYP/6-31G（d）计算水平上，对1,3-diphenylure（aDPU1），NO₂取代DPU1（即DPU2）和N（CH₃）₂取代DPU1（即DPU3）的基态和激发态的几何结构进行了优化和频率计算。在基态和激发态稳定结构的基础上，计算研究了DPU1，DPU2和DPU3基态和激发态几何构想的偏向和DPU1与阴离子间激发态氢键的变化。（1）在基态，吸电子基团NO₂的引入可以使分子内氢键（H1-O6和H10-O6）的距离拉短，同时增强了同侧N-H键的酸性，也就增强了N-H部分与阴离子相互作用。相反，给电子基团N（CH₃）₂的引入，减弱了同侧的N-H键的酸性，使得N-H部分与阴离子相互作用有所减弱。另外，与DPU1氢键络合物相比，NO₂或N（CH₃）₂的引入使DPU2和DPU3氢键络合物的吸收光谱均发生了明显的红移，HOMO→LUMO的电子跃迁伴随着明显的电荷转移。（2）在激发态，DPU1和DPU2的激发态几何构型分别有三种不同构型，一个是正常平面构型（局部激发构型），两个扭曲的几何构型。DPU3只找到一种扭曲构型。苯环沿着C-N键发生扭曲有利于分子内电荷转移。从DPU1与F-相互作用形成的分子间氢键可以看到，其氢键在激发态特别容易发生激发态质子转移（ESPT）过程，而与AcO-相互作用时形成了双重的分子间氢键。PQU·F^-的去质子化发生在基态，而DPU1·F-的去质子化发生在激发态。这表明，脲基衍生物与氟离子相互作用时，取代二芳基脲中的芳环部分对于去质子化有很大的影响。