继碳富勒烯和碳纳米管成功合成之后，半导体纳米团簇的研究一直是国际学术界关注的重要研究课题之一。硼、碳、硅等为基础的半导体团簇，在电子学、光学、光电子学、热学以及生物学等方面表现出许多优良的物理化学性能，是团簇领域研究的热点。随着现代实验技术的发展，越来越多的半导体纳米簇被成功研制出来，相关的理论研究也随之开展起来，基于量子化学计算人们从原子、分子层次上研究这些团簇的几何结构和电子性质，探讨它们的生长机制，预测其特殊的物理化学性能，从而为相关的实验研究提供一定的理论依据。本论文用量子化学方法开展了两方面的理论研究：一方面探讨了二氧化硅团簇与CF_n（n=1-3）自由基的反应性能，另一方面研究了Si、N掺杂的碳纳米管与若干气体小分子的相互作用。主要研究内容和创新性结果如下：一、用密度泛函理论在UB3LYP／6-31G（d）水平上研究了二元硅氧环与CF_n（n=1～3）自由基的反应，弄清了微观反应机理，计算了反应的活化能和反应热。计算结果表明反应按两类相互竞争的机理进行：一类是不涉及C—F键断裂的反应，另一类是Si—O和C—F键同时断裂的反应。CF₂自由基与二元硅氧环反应所需活化能最小、驱动力最大，是Si—O键最有效的刻蚀剂，与实验结果一致。与CF₃相比，CF、CF₂自由基是室温下较有效的刻蚀组分，其中CF₂被期望有最高的刻蚀效率。二、研究了半导体纯（8，0）碳纳米管和Si掺杂子的碳纳米管与一些有毒气体如甲醛、一氧化碳和硫化氢的相互作用。计算的几何结构、吸附能以及电荷转移的结果表明纯碳纳米管对这三种有毒气体均没有反应活性，而Si原子掺杂的碳纳米管则显示了不同程度的反应活性。通过详细的态密度分析，我们建议硅掺杂的碳纳米管可以用作一氧化碳传感器、甲醛捕捉器以及消除硫化氢的微反应器。三、研究了氮原子掺杂的碳纳米管对BH₃气体的吸附性能，发现了一种有重要价值的增敏体系。与纯碳纳米管相比，氮原子掺杂使碳纳米管在掺杂部位发生了结构形变，电子运动性质也发生了明显变化。计算的态密度和分波态密度的表明，当N掺杂的碳纳米管吸附BH₃后，体系在费米能级附近的带隙消失，使单壁碳纳米管变成了导体。由此，我们建议N-掺杂的碳纳米管可以用来检测低浓度的BH₃气体。