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最新的研究表明光合系统II中包含CaMn4O5，该团簇为氧化水解的活性中心。对于CaMnmOn三元团簇的系统研究对深入理解CaMn4O5活性中心的作用机理有着重要的指导作用，此外，该三元团簇的结构、催化和吸附过程均涉及一系列的基本科学问题，揭示这些基本科学问题的前提是对CaMnmOn团簇及其离子的全面深入的研究。本论文利用精密的量子化学方法对CaMnmOn团簇及其阴阳离子的稳定结构、结构特征与性质、相对稳定性、电子结构等进行了深入的研究；同时利用电子密度拓扑(QTAIM)方法从键鞍点电子密度、拉普拉斯量、积分电荷的电子密度拓扑性质等方面分别对CaMnmOn体系及其阴阳离子的电子结构进行了深入的分析，揭示了该体系中化学键的特征和本质。论文绪论部分，首先对团簇、锰氧簇合物在合成化学、凝聚态物理、生物学以及材料等领域的应用和研究意义进行了综述。接着从理论计算和实验两方面对含锰分子磁体的磁性、锰氧化物、钙氧化物以及钙锰氧三元团簇进行了详细的文献综述。文献综合调研显示对于Ca、Mn、O三类原子组成的团簇尚无系统的研究。论文第二章简述了本论文用到的量子化学基本理论原理和公式的推导及其意义，对基于分子中的原子理论的电子密度拓扑分析方法进行了简单的介绍。第三章通过对25种精密量子化学计算方案在MnO、MnO+、MnO-、CaO、CaO+、CaO-小分子的计算效果和计算精度的综合分析，优选出适合CaMnmOn团簇及其阴阳离子的计算方案。在25种计算方案中，计算Ca、Mn、O三元体系精度最为可靠的是B3LYP方法，适于该体系计算的基组为O采用aug-cc-pvdz，Ca、Mn采用cc-pvdz。第四章采用B3LYP/(aug-cc-pvdz for O,cc-pvdz for Mn、Ca)分别计算了CaMnO、CaMnO2、CaMn2O、CaMn2O2的可能状态。对CaMnO计算了7种构型多重度分别为2、4、6、8、10的35种状态，优化得到27个稳定状态；对CaMnO2计算了24种构型多重度分别为2、4、6、8、10的120种状态，优化得到了73种稳定状态；对CaMn2O计算了28个结构多重度分别为1、3、5、7、9、11的168个稳定状态，优化得到了34种稳定状态；对CaMn2O2计算了7种构型多重度分别为9、11、13的21种状态，优化得到了11个稳定的状态。通过比较优化得到的稳定状态，在考虑零点能的基础上确定了四类不同组分的团簇的基态。CaMnO、CaMnO2的基态均为6重态，分子磁矩为5B；CaMn2O、CaMn2O2的基态均为11重态，分子磁矩为10B。CaMnO基态构型为近直线型的平面结构（Ca-O-Mn键角为174）；CaMnO2基态为近平面的四边形结构，两个金属原子由两个O原子桥连；CaMn2O基态为“T”型的近平面结构，O原子分别与三个金属键连，而金属原子间不存在键连；CaMn2O2基态也为近平面结构，可视为CaMnO2四边形结构的基础上增加一个Mn键连在其中一个O上。第五章采用B3LYP/3-21G(d)分别计算了CaMn2O3、CaMn3O2、CaMn3O3、CaMn3O4、CaMn4O3、CaMn4O4的可能状态。对6个组分的团簇CaMn2O3、CaMn3O2、CaMn3O3、CaMn3O4、CaMn4O3、CaMn4O4分别计算的状态数为19个、14个、32个、44个、32个、48个。优化得到了这些状态的稳定结构，通过每个团簇不同状态的比较，确定了6个组分团簇的基态。CaMn2O3、CaMn4O3、CaMn4O4的基态均为11重态，分子磁矩为10B；CaMn3O2、CaMn3O3、CaMn3O4的基态均为6重态，分子磁矩为5B。CaMn2O3、CaMn3O2为近平面结构，前者为六元环结构，后者为四圆环上的两个O分别键连两个Mn；CaMn3O3、CaMn3O4、CaMn4O3、CaMn4O4为三维立体结构， CaMn3O4为六面体结构，八个六面体顶点各有一个原子，金属原子键以O桥连，CaMn3O3可视为六面体CaMn3O4结构上去掉一个O，CaMn4O3可视为CaMn3O3的二桥连O上连接一个Mn，CaMn4O4可视为CaMn3O4为六面体结构的一个O上键连一个Mn。第六章中采用B3LYP/(aug-cc-pvdz for O, cc-pvdz for Mn、Ca)计算得到了CaMnmOn(m，n=1-4)中性团簇基态及其阴离子和阳离子基态。计算结果显示，对于CaMnmOn团簇，m3，n2时，其结构为近平面结构；m3，n3时为三维立体结构。团簇中O原子倾向于将金属原子（Ca、Mn）桥连在一起，金属原子间未出现直接键连的情况。计算的团簇中CaMn3O4具有最强的稳定性。三元团簇CaMnmOn倾向于形成CaMn3O4单元的六面体基本结构。团簇中Mn个数为偶数时，体系基态的多重度为11；当Mn个数为奇数时，基态的多重度为6。从结合能的数据可以看出，一般而言CaMnmOn中性及其离子都容易与电负性较大的分子或原子结合。综合该系列团簇中性基态和阴阳离子基态的键鞍点拓扑性质和原子积分的分析，可以看出团簇中化学键特征为离子键，中性团簇得失电子主要集中于金属原子，即得失电子的过程主要改变金属原子的价态。