非线性光学研究有着重要的理论意义和实际用途,比如光计算机、光通讯、全光学信息处理等。那么,设计和寻找高性能的非线性光学材料是这一领域发展的关键基础。而近二十年来,新型纳米分子,如富勒烯,纳米管等,它们独特的电子结构和奇特的性质已经广泛的关注。本论文主要通过内嵌或修饰的富勒烯和纳米管,来研究它们的电子结构和第一超极化率的关系,为寻求高性能的非线性光学性质提供新思路。主要包括以下四个方面:一、首次构建了二聚物Na@C60C60@F,它们不仅两个笼子之间存在多重共价键,还有被内嵌不同笼子里面的正负离子间的长程离子键。特别是,发现了通过这一新的策略膨胀的Na???F长程离子键来实现大的第一超极化率。二、揭示C60笼不仅可以作为分子尺度反应器,也可在内嵌其内部的复合物NH3…HCl质子转移形成离子对NH4+Cl-过程中起到催化作用。C60笼催化复合物NH3…HCl质子转移的机理可以从两个方面来解释:(1)C60笼和内嵌物种的相互静电引诱作用。(2)限制效应和C60笼对内嵌物种挤压作用。三、我们给出了锂盐效应和供电子基团取代效应结合去提高第一超极化率的思想。特别地发现,在不寻常的―推-纳米管(拉)-推‖Li-NT(6,0)-(NH2)2体系单锂盐和供电子基团取代基能戏剧性地展示大的第一超极化率。四、Li2@BNNT(n,0) (n=4, 5, 6, 7和8)被第一次得到,特别研究了管径对偶极距,极化率和第一超极化率的效应。计算结果说明第一超极化率比偶极距和极化率对管径有更强烈的依赖性,表明选择合适管径对获得大的第一超极化率放入重要性。此外,还揭示Li2@BNNT(8,0)是一个新颖的electride化合物。