用量子力学的方法理解化学反应的动力学规律、研究分子的物理化学特性是原子分子物理研究的重要课题之一。 本文分两大部分，第一部分是用半刚性振转靶(SVRT)模型研究多原子分子反应，第二部分是生物大分子的共轭帽分子分割法(MFCC)的理论计算研究。 在过去的二十年中，量子反应动力学理论得到了极大发展，已经可以对四原 子反应体系进行严格的全量子计算。然而，在化学和生物等领域往往涉及更多个原子的反应，目前还不能对超过四原子的反应体系进行全维的量子动力学计算。 为了对多原子分子反应进行定量的动力学计算，可以采用约化维数的方法来降低计算难度，如绝热修正法、固定几何性质近似法、以及量子一经典力学方法等。 本文采用纽约大学张增辉教授提出的一种约化维数模型一半刚性振转靶模型来研究多原子分子反应。 半刚性振转靶模型将反应分子(靶分子)看作由两部分组成，在反应过程中两部分各自保持刚性，两部分之间的距离可以发生变化，同时两部分可以绕共同分子轴转动。此时靶分子可以看作一个半刚性的振转子，它的空间运动可视为一个非对称转子的运动，包括-维相对运动(振动)和转动。由于它考虑了空间转动，所以SVRI模型能够正确地体现反应体系的立体动力学效应，这一点对研究多原子分子反应非常重要。此模型特别适合用于靶分子中有一个较弱的键，且反应结束后此键断开的反应体系。运用SVRI模型，一般的双多原子-多原子分子反应体系，可将自由度约化为7个，单原子一多原子分子反应 体系自由度可约化为4个。 本文研究了单原子_多原子分子反应的4个反应体系，其中：在Garcia的势能面上对O(<3>P)+CH<,4>→｜CH<,3>+OH反应进行了4维的量子动力学研究，计算了其初始基态、振动激发态、转动激发态的态态反应几率和散射截 面，发现Garcia势能面上反应阈能在0.6eV附近；反应几率在近能垒高度时有较可观的值，说明量予隧道效应明显；反应分子转动激发明显提高反应几率，但对反应阈能的影响很小：反应分子的振动激发可以大幅度提高反应几率，同时使反应阈能明显降低。有人在Modified JG势能面上进行过类似计算，算出的反应几率在平动能0.43ev附近出现了一个峰，似乎不太合理，使用Garcia势能面计算时这个峰消失了。但是Garcia势能面给出的反应几率偏低，这是因为Garcia势能面的拓扑结构与准确的势能面有较大差距。Garcia势能面是使用变分过渡态理论(VTST)计算出的速率常数进行调整得到的，而变分过渡态理论主要研究势的反应路径和鞍点，未考虑势的整体性质。更好的量子动力学计算结果需要更准确的从头算势。我们还将SVRT模型应用于碳组氢化物与氢原子反应的反应动力学计算。计算了H+SiH<,4>→SiH<,3>+H<,2>和H+GeH<,4>→GeH<,3>+H<,2>两反应体系，并与 H十CH<,4>→CH<,3>十H<,2>的结果进行了对比。发现碳族三种元素氢化物(X=C、Si、Ge)与氢反应的热速率常数依次增大，可知它们的稳定性越来越低；从反应几率曲线上可以看出，X=C时曲线呈强烈的震荡趋势，而X=Si、Ge时震荡变得缓和。 我们还研究了H+CD<,4>→CD<,3>→HD反应，实际上该反应是H+CH<,4>→CH<,3>+H<,2>反应中用同位素D代替H,计算结果表明总散射截面减小10-15％，其原因很明显，D比H重。上述几种反应有以下共同的特点： 1．反应的量子隧道效应明显。 2．反应分子转动激发对反应几率有较大贡献，但基本不影响反应阈能。 3．反应分子的振动激发可以大幅度提高反应几率，同时使反应阈明显降低。随着对实际应用兴趣的增强,人们对生物大分子的动力学研究越来越重视。但对蛋白质这样的生物大分子，由于所包含的原子个数太多，进行全量子力学计算是现有量子化学计算方法和计算能力所不能达到的。有必要发展新的方法以扩展可计算领域。共轭帽分子分割(MFCC)法将蛋白质处理为一系列加了适当的共轭帽的单个的氨基酸片断，各片段的物理量可以用量子化学软件算出，整个蛋白质的物理量由各片段的物理量组合而得到。本文将MFCC法应用于生物大分子的研究，首次得到了现在抗肿瘤研究中具有重要意义的p53蛋白和p16蛋白的电荷密度和静电势。 p53蛋白是由196个氨基酸3045个原子组成的生物大分子，应用MFCC方法将p53蛋白的肽链切断，每一切断点插入一对共轭帽分子，本文的共轭帽分子为CH2R1co-NHCH2R2(R1，R2代表边链)，得到196个加了帽子的氨基酸片段和195个共轭帽分子．空间XYZ方向各取100个计算格点，在B3IJYP／6-3lG水平分别算出各片段和共轭帽分子的各个量，然后求出蛋白质总的电荷密度和静电势。计算在linux Cluster上进行，节点问通讯方式为MPI。 P16蛋白由146个氨基酸2393个原子组成，采用与处理p53类似的方法得到了其电荷密度和静电势p53是目前用量子力学方法算出电荷密度的最大蛋白质，我们的结果在国际上尚属首次报道。 精确确定分子系统的电荷密度和静电势既具有重要的基础性也具有实际的应用性。我们的工作为在量子水平对蛋白质这样的生物大分子进行深入研究提供了基础。