过渡金属氢化物阳离子活化甲烷得到相应的有机金属体在有机合成中具有广泛的应用，在过去的几十年内，很多人对此作了研究。过渡金属阳离子和小的烷烃反应的大量的实验和理论研究为我们的研究提供很有价值的理论依据。研究表明，对于3d和4d过渡金属不易活化甲烷甚至有的在实验中不能被发现，甲烷可以自发的被5d过渡金属Os⁺, Ir⁺, Pt⁺等阳离子活化，产生金属卡宾和氢气。在过渡金属中心增加配位体可以有效的活化甲烷，这样的实验和理论研究报道很多，然而对于5d过渡金属并不多见，特别是带有配体的5d后过渡金属活化甲烷的反应尚未报道。本文以量子化学中的分子轨道理论为基础，利用密度泛函理论（DFT），对所研究的体系（铂类化合物催化）选择合适的基组，通过计算找出反应中各物种（包括过渡态）的优化构型，进而得到体系的势能面，动力学数据和热力学数据。我们用这些数据综合分析反应机理问题,为进一步的实验研究提供了理论依据。全文共分五章。第一章,概述了量子化学的发展及应用，总结了金属配合物阳离子活化甲烷的反应研究进展及本文主要工作。第二章,概述了本文工作的理论背景和计算方法，为研究提供了可靠的量子化学方法。第三章，我们对第三周期过渡金属MH⁺（M=Os, Ir和Pt）活化甲烷的反应进行了系统的、高水平的量子化学计算研究。一方面，我们对标题反应的势能面进行了详细的研究和讨论，另一方面，通过对标题反应微观机理的探究，总结出其反应机理的特点。结果表明，反应容易在低自旋势能面上进行。OsH⁺，IrH⁺和PtH⁺对甲烷都是很好的活化体。OsH⁺， IrH⁺和PtH⁺与甲烷反应的放热性分别为3.99，15.66及12.14kcal/mol。第四章，我们对Ru⁺活化甲烷的反应进行了详细的理论研究。反应有三种可能的反应路径。反应Ru⁺+CH₄→Ru（CH₂）⁺+H₂的最低能量路径需要高低势能面的交叉。最终反应吸热25.2kcal/mol，并且反应过程中并没有高于此能量的能垒。其它两种路径都是热力学及动力学上非常不利的反应。第五章，我们采用密度泛函理论计算了[Pt（H）（OH）]⁺对甲烷中C-H键活化反应机理的理论研究。整个反应以自旋保护的方式在低自旋的二重态发生反应。整个反应吸热3.0kcal/mol。[Pt（H）（OH）]⁺活化甲烷的活性比Pt⁺要低。