超短金属-金属间距（USMMD,指金属间距小于1.900?）是伴随着对过渡金属五重键的研究而衍生出来的概念,即通过对金属间距的短来凸显金属-金属相互作用的强烈。在之前的研究中,USMMD主要在过渡金属间实现,这是因为同核五重键可以极大的缩短金属原子间距。在近期的研究中我们课题组研究发现,主族金属铍由于具有金属中最小的半径,同时又有一定的缺电子性,使得铍可以在桥原子的帮助下支撑USMMD。其中的一个有效的分子设计方式是使用Be₂替换平面五配位碳分子CBe₅H₅⁺中的C原子,使得轴向的Be-Be间距缩短到超短金属间距。在本论文中,我们对这种超短金属间距的设计方式进行了系统的探索,即我们使用Be₂单元等价替换了平面六配位碳结构和直线型有机小分子中的C原子,从而设计了一系列含有超短金属-金属间距的分子。具体工作如下:1.使用平面六配位碳结构作为模板设计含有轴向USMMD的分子。基于稳定含平面六配位碳结构CN₃Be₃⁺和CO₃Li₃⁺为模版,设计了等电子结构Be₂N₃M₃⁺（M=Be,Mg,Ca）和Be₂O₃M₃⁺（M=Li,Na,K）,其轴向Be-Be间距为1.627-1.870?。详细的电子结构分析表明,这些结构的超短Be-Be间距是由于带轴向正电荷的Be原子和桥位带负电荷的N原子或O原子之间的库仑引力导致的。此外,较短的轴向Be-Be间距首先受到半径较小、电负性较高的桥位原子X（X=O,N）影响,其次受到电负性较低的外围金属M影响。这一系列结构的稳定性与价电子对的成键类型密切相关,定域化的两中心两电子键比非键孤电子对更稳定。在新设计的结构中,Be₂N₃Be₃⁺和Be₂N₃Mg₃⁺被表征为动力学稳定的全局极小结构,为实验合成提供了有希望的实验目标。2.使用线性有机小分子为模板设计含有USMMD的分子。使用线性小分子乙炔（HCCH）,乙烯酮（OCCH₂）,氰酸（OCNH）分子为模板,设计了等电子结构HBe₂CH,OBe₂CH₂,OBe₂NH,HBe₂C^–,OBe₂CH^–,OBe₂N^–和HBe₂-Be₂H,轴向Be-Be间距为1.702-1.872?,详细的电子结构分析表明,除HBe₂-Be₂H中的超短Be-Be间距是由Be-Be间强共价键作用的结果外,其他结构中的超短Be-Be间距都是通过带正电的Be原子与带负电的桥位X（X=H,C,N,O）原子间的库仑吸引和共价作用共同的结果。在新设计的结构中,除HBe₂C^–结构外,其他结构均是动力学稳定的全局极小结构,为实验实现提供了有希望的候选结构。3.基于Be₂N₃Be₃⁺正离子设计等价电子的含有USMMD的Be₄N₃^–负离子。在本论文第一项工作中,我们设计的分子是正离子,但负离子更容易在光电子解离能谱中被检测到。因此,我们通过移除Be₂N₃Be₃⁺中一个轴向Be原子同时引入两个电子来保留骨架电子数的方式设计了阴离子Be₄N₃^–,它在热力学和动力学均稳定,并且结构中的顶点Be原子与外围Be原子距离为1.853?,符合USMMD的要求。另外,Be₄N₃^–的垂直电离能（VDE）值为3.70 eV,符合超卤素的判断标准（VDE>3.61 eV）。因此Be₄N₃^–是一个含有USMMD的在热力学和动力学上稳定的超卤素阴离子,适合使用光电子能谱来制备和表征。