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固体酸催化剂因为环境友好而在石油和化学工业中被逐渐广泛开发和应用。而固体酸催化的反应机理一直是学术研究的重点，特别是对反应中间体的研究。本论文采用量子化学理论计算的方法研究了固体酸的酸强度性质，以及固体酸的酸强度和孔道骨架对碳正离子中间体稳定性和催化反应活性的影响，取得了一些有意义的结果。
(1)吸附碱性探针分子是一种广泛应用的测量固体酸酸强度的方法。我们构建了一系列不同酸强度的固体Bronsted和Lewis酸模型(从弱酸、强酸到超强酸)，通过研究丙酮探针分子在各个酸模型上的吸附行为，揭示了丙酮羰基13C化学位移与固体酸固有酸强度之间的定量关系。在Bronsted酸位上，发现随着酸强度的增加，丙酮分别呈现氢键吸附、质子共享吸附和离子对吸附，同时发现丙酮羰基13C化学位移与Bronsted酸模型的固有酸强度(去质子化能，DPE值)之间是一“三折线”的关系。而在Lewis酸位上，丙酮都是配位吸附，丙酮羰基13C化学位移与Lewis酸模型的固有酸强度(最低空轨道LUMO能量)之间是一线性关系。丙酮探针分子探测的酸强度与固体酸固有酸强度之间关系的确定清晰地揭示了固体酸的酸强度性质，也为定量测量固体酸催化剂的酸强度提供了标尺。
(2)以丙烯、异丁烯、苯乙烯和α-甲基苯乙烯等四种烯烃类化合物的质子化反应为模型反应，研究了固体酸的Bronsted酸强度对碳正离子、烯烃π复合物和烷氧等中间体生成的影响，以及酸强度对每一步反应活性的影响。发现随着酸强度的增加，离子对中间体相对于烯烃π复合物和烷氧的动力学稳定性和热力学稳定性都逐渐提高，表明酸强度的增加有利于碳正离子的生成和稳定；一些尺寸较大的烷氧物种在酸强度大的模型上难以形成。进一步发现，随着酸强度的增加，各中间体和过渡态的能量都有下降的趋势，下降的程度按以下顺序递减：离子对>过渡态(TS，TS)>(π复合物，烷氧)，这与它们的离子特性顺序一致，即无论是中间体还是过渡态，离子性物种对酸强度的敏感性高于共价性物种，这个规律可以解释酸强度大的模型上有利于碳正离子生成的现象，以及酸强度对每一步反应活化能的影响。
(3)针对与分子筛类固体酸催化剂相关的二十种碳正离子，考察了分子筛孔道骨架对它们稳定性的影响，包括有孔道与没有孔道的比较，以及不同形状和尺寸大小的孔道的比较。8T与72T HZSM-5分子筛模型的结果表明当包含分子筛的孔道时有利于碳正离子与分子筛共轭碱之间形成离子对，而且无论孔道与有机物种之间是静电稳定作用为主还是位阻排斥效应为主，总是会增加离子对的相对稳定性(相对π复合物和烷氧)。与72T HZSM-5分子筛模型相比，84T HY和80THβ模型可以容纳体积更大的有机物种，特别是碳正离子；发现当有机物种的形状和尺寸大小与分子筛的孔道或笼相匹配时，它们就能够更稳定地限域在分子筛孔道或笼内。最后发现离子对与相应π复合物的能量差值和中性烃的质子亲和能(PA值)之间存在明显的相关：即PA值越大，其能量差值就越负，碳正离子相对中性烃的生成量就越多，计算得到的能量差值与固体NMR实验中碳正离子观测的结果一致。