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小碳原子簇在星际化学以及探讨富勒烯、碳纳米管等的形成机理方面具有重要的意义，卤素原子与水之间的反应在大气化学、环境化学等方面有重要意义。本论文采用量子化学理论计算的方法，对掺钾小碳原子簇的结构及碘原子与二聚水反应的势能面进行了详细研究，主要内容和结果有: 1、采用目前广泛使用的密度泛函理论方法，在B3LYP/6-311+G*水平下，对掺钾小碳原子簇KCn/KCn+/KCn-(n=1-10)的线性结构和环状结构等进行了几何构型优化和振动频率分析。针对每种尺寸的原子簇设计了可能的线形结构和环状结构，对每个结构同时考虑了自旋多重度较低的两种电子态进行计算。通过对比不同电子态的线形结构和环状结构的能量，确定了每种尺寸碳原子簇的基态结构。结果发现:对于中性的和正离子的掺钾碳原子簇KCn/KCn+，其基态结构主要是线性结构;而对于负离子的掺钾碳原子簇KCn-，其基态结构多为扇形结构。对各基态结构的结合能增量的分析发现，掺钾小碳原子簇稳定性呈现奇偶性规律:KCn+/KCn-稳定性呈明显的奇偶交替变化，n为奇数的KCn+比相邻n-1或n+1的体系更稳定;相反地，n为偶数的KCn-比相邻n-1或n+1的体系更稳定。中性KCn的稳定性的奇偶交替变化不明显。KCn的电离势和电子亲合势也表现出奇偶交替的变化规律。这些都可以根据它们的核外电子排布得到解释。论文还将掺钾小碳原子簇与类似的掺锂小碳原子簇、掺钠小碳原子簇等进行了比较，讨论了它们的异同。 2、采用高精度的耦合簇方法，在CCSD(T)/cc-pVnZ-PP(n=D，T，Q)水平下，对I+(H2O)2→HI+(H2O)OH反应势能剖面上的关键点进行了理论计算研究。结果表明该反应为吸热反应，其逆反应应该很容易进行。依据最精确的CCSD(T)/cc-pVQZ-PP计算，该反应正向进行时的反应热为吸热45.4 kcal/mol，势垒为42.0kcal/mol，反应物络合物的相对于反应物分子的结合能为6.0 kcal/mol，产物络合物相对于反应物分子的相对能量为40.8 kcal/mol，相对于产物分子的结合能为4.6kcal/mol。考虑零点振动能校正和旋-轨耦合效应，发现它们对各关键点能量都有较大的影响。经这些校正后，反应物络合物、过渡态、产物络合物及产物分子相对于反应物分子的相对能量分别为:-1.9、45.3、44.4及47.4 kcal/mol，其中反应物络合物相对于反应物分子的结合能明显变小了。论文还将I+(H2O)2反应与类似的I+ H2O、Br+(H2O)2、Cl+(H2O)2、F+(H2O)2反应进行了比较。对比I+(H2O)2反应与I+H2O发现，增加一个水分子降低了反应的能垒。对比I+(H2O)2反应与Br+(H2O)2、Cl+(H2O)2、F+(H2O)2反应发现，F+(H2O)2反应是一个自发的放热反应，而I+(H2O)2、Br+(H2O)2和Cl+(H2O)2正向进行时都为吸热反应，它们的逆反应可自发进行。