本论文运用DFT和MP2方法进行了储氢材料设计和氢气在聚烯烃功能化中作用机理的研究。工作主要包括两方面的内容：第一部分是用从头算方法设计研究了钛硼烷作为储氢材料；第二部分使用DFT方法依次研究了氢气参与的对甲基苯乙烯和丙烯的共聚反应机理，氢气参与的丁二烯和丙烯的共聚反应机理以及八面体催化剂的乙烯聚合反应机理。另外，还进行了铍取代平面碳的设计研究。　　 根据Wade-Mingos电子规则计算设计了一系列具有稳定电子结构的钛硼烷化合物，并发现它们具有潜在的储氢性能。计算使用MP2和MP4方法，进行了ZPE和BSSE校正，也进行了自由能的研究。B5H5Ti和它的等电子结构B4H4Ti2H2最大的储氢质量比分别是8.6和10.0 wt％，具有理想的氢气结合能(分别是-23.5和-35.0 kJ/mol-H2)。由于轨道相互作用(Kubas类型)和静电相互作用，它们具有合适的分子氢气结合能。同时具有稳定的电子结构和最佳的储氢能力使它们在储存氢气和释放氢气时能够保持结构的稳定，这有利于材料使用的可逆性。以B5H5Ti和B4H4Ti2H2为单元设计了材料的三维结构，这些材料具有合适的氢气结合能、质量密度和体积密度，达到了美国能源署2010年的任务目标。　　 用DFT方法研究了有氢气参与的对甲基苯乙烯和丙烯共聚反应，这个反应是连续转换的反应机理。反应总共分为五步来研究。第一步：丙烯1,2-插入到催化剂的Zr-C键中。第二步：对甲基苯乙烯插入到第一步的产物中。在这一步反应中，2，1插入反应的产物非常稳定。第三步：由于强立体效应，实验上丙烯继续插入很困难，催化剂失活。计算研究得出丙烯继续插入的位垒大于20.7kcal/mol。第四步：氢气能够很容易地与第二步的产物发生反应，产生Zr-H催化剂组分和以对甲基苯乙烯为终端的聚丙烯链。反应是放热的(3.8 kcal/mol)，反应位垒很低(5.6 kcal/mol)，这说明实验上很容易进行。第五步：计算表明Zr-H催化剂组分具有很强的反应活性，丙烯聚合反应重新循环起来。对整个反应来讲，氢气是很关键的，由于其体积小，反应位阻小，所以能够使催化剂重新具有活性，使反应继续进行。　　 用DFT方法计算研究了氢气参与的丁二烯和丙烯共聚反应，成功解释了丁二烯的插入使催化剂失活，以及加入氢气后催化剂重新具有活性的原因。反应总共分为五步。第一步：丁二烯插入到催化剂中。反应有1，4插入和1，2插入两条反应途径，它们是竞争的关系，由于1，4插入反应产物非常稳定，催化剂失活。第二步：实验上丙烯继续插入很困难。计算研究得出丙烯继续插入的位垒大于18.4 kcal/mol。第三步：计算研究表明氢气能够很容易地与第一步的产物发生反应，得到Zr-H组分和乙烯基形成配合物的产物，反应是放热的(4.3kcal/mol)，反应位垒很低(5.1 kcal/mol)，实验上很容易进行。第四步：计算表明加入氢气后的产物能进行二次聚合反应。第五步：第四步的产物能够继续与丙烯聚合，反应重新循环起来。　　 用DFT方法研究了由八面体催化剂所引发的乙烯聚合反应机理。研究表明在这些催化剂体系中并不存在cossee机理中的稳定的乙烯π配位化合物。在cossee机理的阳离子配位聚合反应中，乙烯和催化剂金属中心存在强的π配位效应；但是在这些八面体催化剂的聚合反应中，乙烯和催化剂金属中心只存在弱的范德华力相互作用的化合物。这些研究结果表明在这些八面体催化剂参与的乙烯聚合反应中，是直接插入反应机理：反应过程中，乙烯移动到活化阳离子附近，接着经过一个过渡态，最后产生阳离子产物。