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具有电荷转移特性的有机晶体复合物以及大环类化合物在物理化学及超分子化学领域里都有重要的应用价值。尤其地,具有电荷转移特性的有机晶体化合物与无机化合物相较而言更具有低毒性和可降解性,因此可作为无机复合物的可替代物质,在光电子设备里的开发应用中具有广阔的前景。而大环类化合物是在超分子化学领域应用里具有重要意义的一类化合物,他们在应用中通常作为受体与其他客体结合在一起发挥一定的功能性作用。自20世纪60年代和70年代,冠醚,环糊精,杯芳烃等大环类化合物被相继发现,在2008年,由亚甲基桥连接的对苯二甲醚环状低聚物-柱[n]芳烃（n≥5）第一次被报道出来,自此之后,就引起了广泛的关注。因为它与其他大环类化合相比有着诸多优点:首先柱[n]芳烃合成很简单,并且结构更加易于修饰。其次,柱[n]芳烃具有刚性的富π电子空腔,与传统大环类化合物比较起来应用范围更加广阔。基于柱[n]芳烃在大环类化合物领域里的优势,在短短的十年里,对其的开发应用也得到了迅猛的发展,比如,在药物控制,病毒抑制剂,以及生物材料等领域都有相关的应用。尽管关于对具有电荷转移特性的晶体和柱[n]芳烃大环化合物有许多应用研究,但大多数研究都是基于实验研究的。对于他们的理论研究还是比较少的。比如对于具有π-π堆叠的晶体混合物,考虑到计算成本,更多的理论研究则只是选取其中的主体部分进行研究,对于扩展的集群的电荷转移态的理论研究则很少。对柱[n]芳烃的理论研究而言同样非常少,并且有实验报道柱[n]芳环上的取代基的性质（尺寸,极性,电子密度）会影响边缘反转过程,从而影响其所具有的刚性对称型结构。因此我们理论研究目标之一是通过量子化学理论计算来描述不同尺寸大小的集群在激发态时的电荷转移特性。其二就是通过密度泛函理论研究不同的极性取代基团对柱[5]芳烃的反转过程的屏障阻碍。通过我们的理论研究可以从微观角度认识材料结构,从而为设计和预测新型实验研究提供理论依据。本论文一共分为五章,第一章为简介,简要介绍了混合堆积的D-A电荷转移晶体体系以及柱[n]芳烃的特性及应用。第二章为理论基础与量子化学计算方法理论。第三到五章则是对我们所要研究的材料进行理论计算与讨论。具体内容如下:1理论研究不同尺寸大小的混合堆叠的D-A集群在激发态时的电荷转移特性。我们选取了具有π-π堆叠的供体和受体组成的共晶体结构,分别由1,5-萘二醇（NDI）供体和均苯四甲酰亚胺（PDI）受体,5-氨基-1-萘酚（AMN）供体和均苯四甲酰二亚胺（PDI）受体组成。通过量子化学计算研究不同大小的复合物（二聚体,三聚体,四聚体,六聚体）在激发态时发生的电荷转移特性。由于我们选取的是晶体复合物,因此我们也考虑了在混合堆叠方向以及垂直堆叠方向的电荷转移特性。在这项工作中,我们采用了三种量子化学理论,分别是远程校正的含时密度泛函理论（TD-DFT）,SOS-ADC（2）以及基于密度泛函的紧束缚（DFTB）方法。同时在这项工作中也考虑了溶剂效应。结果表明,对于不同体系的CT复合物,在基态时,电荷转移值<0.1e,不具有CT特征。对于不同尺寸的CT复合物,在S1态都具有明显的电荷转移现象。通过不同方向上的CT复合物研究发现在混合堆叠方向上的激发能要低于垂直方向,表明在混合堆叠方向上电荷转移现象更容易发生。2理论研究不同的极性取代基团对柱[5]芳烃反转过程的影响。在柱[5]芳烃（P5A）的研究中,我们考虑了五种不同的极性基团（-CH2F,CH2Cl,-CH2OH,-CH2SH,-CH2NH2）。对于每个极性基团,我们考虑了两种构象。采用的是M062X/6-31G（d,p）理论方法。通过旋转,我们得到了不同旋转角度的反转阻碍值以及过渡态结构。通过研究我们发现,面向P5A腔内部的极性取代基-CH2OH对柱[5]芳烃的反转阻碍最大,反转势垒值约10.1 kcal/mol。然而,对于具有-CH2NH2取代基的柱[5]芳烃,所有的反转势垒值是负的,这表明具有极性基团-CH2NH2的柱[5]芳烃从旋转开始的不能保持五重对称性结构。通过比较不同的极性基团,我们发现当取代基极性越强时,柱[5]芳烃的旋转更易被阻碍。总之,我们通过研究进一步了解了D-Aπ-π堆积簇的电荷转移特性和具有不同极性基团的P5A的反转过程。我们希望通过我们的理论研究可以为其他新研究的设计提供可靠的理论参考。