众所周知,C60最显著的性质之一就是其卓越的电子接受能力,这使富勒烯成为一种能够形成稳定阴离子的特殊分子。富勒烯C60被氟化后,所有C-F偶极子将其正极指向笼内的这一特征为捕获过剩电子创造了极强的内部电子吸引势,因此C60F60及其部分氟化衍生物是一种良好的电子结合体。过剩电子与氟化碳笼相结合形成溶剂化电子体系。不同于传统的强束缚电子,溶剂化电子是一种具有明显里德堡特征的弱束缚电子。因其特殊的弥散性和还原性,溶剂化电子在非线性光学材料、超导性材料以及化学惰性物质还原等领域受到研究者的大量关注。虽然已有众多研究学者探究溶剂化电子在各种溶剂中的结构、性质以及状态,但涉及核自旋间接耦合以及氮气的研究却很少,尚需研究者的进一步研究。由于溶剂化电子在氟化碳笼中具有较高的稳定性以及较强的还原性,因此在本文中,我们主要利用密度泛函理论以及自然键轨道分析探究溶剂化电子及其相关效应对氟化碳笼核自旋间接耦合的影响。此外,还表征了溶剂化电子在全氟化碳笼中对氮气的活化。主要的结论及创新点如下:1.全氟化碳笼电子包合物的溶剂化电子态及其对核自旋间接耦合常数的增强:过剩电子与全氟化碳笼相结合形成溶剂化电子体系,对全氟化碳笼的电子结构以及核自旋间接耦合产生了巨大的影响。在本工作中,我们利用密度泛函理论和自然键轨道分析揭示了溶剂化电子对全氟化碳笼电子包合物（em@CnFn（m=1,2 n=20-28,36,60））中核自旋间接耦合常数（N（me）JFF）的影响。研究发现,溶剂化电子在全氟化碳笼中的基态轨道为反2s型（rev-2s）轨道,这主要源于氟化碳笼独特的笼壳结构,它允许溶剂化电子渗透到碳骨架和C-F键区域,从而扩展和修改了溶剂化电子的轨道尾部。反2s型溶剂化电子分布不仅创建了“通过溶剂化电子耦合（TSE）”,而且还增强了传统的“通过键耦合（TS）”以及“通过空间耦合（TB）”。由于TSE耦合与TB+TS耦合的竞争与合作,我们观察到一个有趣的准半球规则:当球心角（∠F（?）F）＜80°,TB+TS耦合为主导耦合,对N（me）JFF做较大的负贡献,因此N（me）JFF的绝对值随耦合原子之间直线距离的增加而减小,且符号为负;当∠F（?）F＞80°,TSE耦合为主导耦合,对N（me）JFF做较大的正贡献,因此N（me）JFF的绝对值随耦合原子之间直线距离的增加而增大,且符号为正。此外,增加氟化碳笼中溶剂化电子的数量会导致耦合路径中s电子密度的增加,从而使N（me）JFF随溶剂化电子数量的增加而增大:（2e）JFF＞（e）JFF＞JFF。本工作不仅为溶剂化电子体系的分子结构表征提供了理论知识,还为以溶剂化电子为基础的核磁共振探针和电子器件的设计提供了信息。2.溶剂化电子诱导的F取代效应及其对长程核自旋间接耦合常数的增强:由于全氟化碳笼最多只可以结合两个溶剂化电子,这就导致核自旋间接耦合常数的增强受到了限制。幸运的是,我们发现溶剂化电子在部分氟化碳笼中诱导出一种F取代效应,其可以进一步增强核自旋间接耦合常数,并展现出独特的核自旋间接耦合规律。在本工作中,我们利用密度泛函理论以及自然键轨道分析研究了 F取代效应对氟化碳笼电子包合物e@C20FxH20-x（x=6,8,12,16,20）的电子结构以及长程核自旋间接耦合常数（7（e）JFF）的影响。研究发现,溶剂化电子在部分氟化碳笼中的基态轨道为2s与3s共存的混合s型轨道,2s特征出现在C-F键区域,3s特征出现在C-H键区域,这主要源于C-F反键轨道与C-H反键轨道的差异。此外,调节氟化碳笼的F原子数量以及耦合原子周围的化学环境可以进一步增强长程核自旋间接耦合常数（7eJFF）,并且e@C20FxH20-x的7（e）JFF随着F原子数量的增加而呈现出先增加后下降的趋势,e@C20F8H12的7eJFF是转折点。最重要的是,e@C20F8H12的7eJFF远大于e2@C20F20的7eJFF。此外,在e@C20FxH20-x中,耦合原子周围的F原子数量越多,7（e）JFF的数值越大。这两种增强7（e）JFF的方法都源于对C-F反键轨道占据数Occ（σ*C-F）的增强,一般来说,Occ（σ*C-F）越大,7（e）JFF越大。本工作不仅为氟化碳笼电子包合物的结构表征提供了进一步的理论知识,还为解决核磁共振量子计算机研究难点提供了研究思路。3.全氟化碳笼电子包合物限域诱导氮气活化:虽然N2在自由气相中具有很强的不利的电子亲和能力,但若将N2掺杂进全氟化碳笼电子包合物中,其电子亲和能力会大大增强,并且溶剂化电子会直接加到N2分子的π反键轨道（π*）中,生成N2-,从而活化N-N键进行下一步的N2还原。在这项工作中,我们利用密度泛函理论和从头算分子动力学研究了溶剂化电子在全氟化碳笼中对N2的活化,为下一步的N2还原做好铺垫。研究发现,在单阴离子（N2,e）@C60F60中,由于溶剂化电子与N2结合,N2的NBO电荷为负,化学键被拉长,化学键类型由中性N2和N2@C60F60的三键演变成单阴离子（N2,e）@C60F60的双键,并且N-N键的伸缩振动频率红移。更重要的是,溶剂化电子在N2上的分布呈现π反键轨道特性。这些现象都表明N2在（N2,e）@C60F60中被单个溶剂化电子活化。此外,我们还发现增加全氟化碳笼的溶剂化电子数目并不会增强N2的活化程度,反而会因双电子的排斥与竞争,导致溶剂化电子与N2的结合程度削弱,从而无法起到活化N2的作用。这项工作不仅为后续的氮气还原提供了新思路,而且拓展了溶剂化电子作为化学惰性物质还原剂的应用范围。综上所述,本文主要采用密度泛函理论以及自然键轨道分析对氟化碳笼电子包合物的结构、电子分布、性质以及应用进行了系统的研究,并详细讨论了溶剂化电子及其相关效应在氟化碳笼中对核自旋间接耦合以及氮气活化的影响。深入研究氟化碳笼电子包合物的各种潜在性质,必将为电子包合物在非线性光学材料、核磁共振探针、氮还原等实际领域的应用提供重要的理论依据。