在化学工程与技术领域中,为了延长设备的使用寿命,常研究避免其遭受侵蚀的方法,金属材料表面形成半导体型薄膜后既能保持材料的金属特性又能防治金属材料腐蚀,因此研究半导体材料的几何结构特点、电子结构及光学等性能可为在金属表面防腐蚀提供理论依据;此外,采用缓蚀剂也是化学工业中简便且效果明显的防腐蚀技术,因此在诸如石油化工、盐化工等应用领域,缓蚀剂的研究也成为专门的研究方向。基于以上背景,本研究包括两部分。第一部分研究几种杂环有机缓蚀剂分子对铜、钢金属缓蚀机理;第二部分为若干新型半导体体相材料的物性计算。在第一部分的研究中,主要包括以下几个方面:①通过密度泛函理论(DFT)方法对三种含肟醚基三氮唑化合物4-氯苯乙酮-O-1’-(1’.3’.4’-三氮唑)亚甲基肟(CATM)、4-氟基苯乙酮-O-1’-(1’.3’.4’-三氮唑)亚甲基肟(FATM)和3,4-二氯苯乙酮-O-1’-(1’.3’.4’-三氮唑)亚甲基肟(DATM)的分子反应活性进行了理论预测,得到了一系列量化活性参数,包括最高占据分子轨道能量、最低空分子轨道能量、能隙差、偶极矩、电子转移数目等,并对部分参数与其缓蚀效率之间的构效关系进行了拟合计算分析。最后采用蒙特卡洛模拟方法给出了三种分子在铁金属表面吸附的平衡构型。②采用电化学阻抗谱、线性极化电阻及动电位极化曲线方法,对2-氨基噻唑在0.5 M H2SO4及1.0 M HCl腐蚀介质中对碳钢的缓蚀性能进行了测试,并通过DFT、分子中的原子的量子理论(QTAIM)、分子动力学模拟(MD)等方法对2-氨基噻唑分子与铁原子的相互对接方式进行了剖析。③采用不同泛函及类导体屏蔽模型(COSMO)溶剂效应方法对噻吩、吡咯和呋喃分子在Fe(110)表面的吸附行为进行了理论计算,合理解释了如下经验性规律:含有O,N,S的有机缓蚀剂缓蚀效率对比中,在其它官能团相似的情况下,含三种不同原子的缓蚀效果顺序为S>N>O。④采用MD和DFT相结合的研究方法对3-氨基-1,2,4-三氮唑(ATA)、3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑(DAT)和4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(AHMT)在硝酸介质中对铜的缓蚀性能进行了理论探究,着重评估了不包含和包含色散能量修正的DFT理论对缓蚀剂吸附构型的影响,最后模拟了腐蚀介质粒子H3O+在缓蚀剂膜层中的扩散行为,并提出了合理的吸附与缓蚀机制。第二部分主要通过第一性原理计算方法,研究了Cd X(X=S/Se/Te)、Cd Rh2O4、β-Ag MO2(M=Al/Ga)半导体材料的几何结构特点及其电子结构、弹性及光学等性能。着重进行了能带结构、态密度、差分电荷密度等分析,并给出了内聚能、带隙、德拜温度、各向异性系数、折射率、介电常数等常规性参数,所得结果与实验值及其它理论计算值进行了对比分析。