从理论上去预测化学反应的速率常数是理论化学的一项重要任务。量子瞬子方法是近年发展起来的一种计算化学反应速率常数的有效方法。由于该方法中仅涉及计算玻尔兹曼算符,因此,该方法可以推广到多自由度的复杂化学反应。该文中我们将结合路径积分蒙特卡罗技术和自适应伞形取样技术,利用量子瞬子理论研究气相中的O（³P）+CH₄反应和Ni（111）晶体表面H₂的解离。化学反应O（³P）+CH₄对于研究碳氢化合物的燃烧过程非常重要。利用量子瞬子方法对该反应进行了全自由度的量子动力学研究,计算了该反应的速率常数和同位素效应。研究发现:在高于400 K时,计算的速率常数跟实验值非常吻合,而在低于400 K时,计算的速率常数也在离散的实验值的区间内。与其他理论方法相比,由于量子瞬子方法预测的量子隧穿效应最大,所以在低温时其给出了最大的速率常数。由于零点能和显著的量子隧穿效应,计算获得的同位素效应总是远大于1,并随着温度的降低而增加。在不同的势能面上的计算结果表明:势能面的势垒宽度决定着量子隧穿效应的大小,并且势能面的势垒宽度对同位素效应也有很大的影响。氢分子在金属表面的解离是研究气体分子与金属表面相互作用的一个原型反应。利用量子瞬子方法研究了H₂在预吸附了H的Ni（111）表面的解离和生成。尤其考虑了已吸附的H和待解离的H₂的相对位置对Ni（111）表面H₂解离速率的影响。依据待解离的H₂和已吸附的H之间的距离,研究了H₂/H¹-Ni（111）,H₂/H²-Ni（111）,H₂/H³-Ni（111）和H₂/H⁴-Ni（111）这四种情况。研究发现,H₂在H¹-Ni（111）表面的解离速率要远小于H₂在未吸附H的Ni（111）表面的解离速率。例如:在300 K时,后者比前者大5.22倍。这是因为已吸附的H和待解离的H₂之间存在很强的排斥作用,从而阻碍了H₂的解离。H₂在不同表面上的解离速率存在以下大小关系:H₂/H¹-Ni（111）2/H²-Ni（111）2/H³-Ni（111）2/H⁴-Ni（111）。例如:在300 K时,H₂在H²-Ni（111）和H¹-Ni（111）表面的解离速率之比为4.40。这种情况进一步表明,相互排斥作用随着已吸附的H和待解离的H₂之间的距离的增加而迅速减小。除此之外,非刚性晶格上的解离速率总是大于刚性晶格上的解离速率。例如:在300 K时,Ni（111）表面晶格Ni原子的运动可使H₂的解离速率提高29%。计算获得的同位素效应总是大于1,并且随着温度的降低而迅速增加,这就表明量子隧穿效应在该反应中非常显著。计算结果还表明,H₂在Ni（111）,H¹-Ni（111）,H²-Ni（111）,H³-Ni（111）和H⁴-Ni（111）表面的同位素效应非常接近,这表明表面覆盖率、晶格运动和H与H₂的相对位置对同位素效应的影响很小。本文基于量子瞬子方法,结合路径积分蒙特卡罗和自适应伞形取样技术,计算了PES-1998、PES-2000和PES-2014这三个势能面上O（³P）+CH₄→OH+CH₃的速率常数和同位素效应,计算结果表明:势垒的形状会强烈地影响同位素效应。除此之外,运用量子瞬子方法计算了H₂在H原子预吸附的Ni（111）晶格表面的解离和生成速率常数,其研究结果成功地揭示了化学反应中的量子隧穿、晶格运动、空间排列和同位素效应。