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金属卟啉能有效地模拟细胞色素P-450在温和条件下催化活化分子氧，从而实现对烷烃、烯烃等化合物的催化氧化。在以氧气为氧源的金属卟啉催化氧化反应中，金属卟啉对分子氧的识别及活化在很大程度上决定了卟啉的催化效果。针对目前金属卟啉对分子氧进行识别、活化的规律及影响因素尚不十分明确的问题，本论文采用密度泛函理论方法，研究了金属卟啉在催化氧化过程中对分子氧的识别、结合及活化作用，考察了不同中心金属离子、环外取代基及轴向配体对金属卟啉识别及活化分子氧的影响，为设计新型高效的仿生催化剂提供了有用的理论基础。具体的研究内容和结果如下: 1.系统地研究了具有五种不同中心金属(Mn，Fe，Co，Cu，Zn)离子的卟啉对分子氧的识别、结合及活化作用，发现锰卟啉、铁卟啉及钴卟啉与分子氧之间形成了配位键，且锰卟啉与分子氧以“side-on”构型稳定存在，铁卟啉和钴卟啉与分子氧之间以“end-on”构型稳定存在。铜卟啉和锌卟啉与分子氧之间未形成配位键。五种金属卟啉与分子氧之间的相互作用强弱顺序为:锰卟啉＞铁卟啉＞钴卟啉＞锌卟啉＞铜卟啉。前线分子轨道及电荷分析表明，对于锰卟啉、铁卟啉和钴卟啉，其HOMO轨道主要由中心金属离子的3d轨道组成，有利于与分子氧发生作用，且卟啉中心金属离子通过配位键向分子氧转移电子。转移的电子越多，金属卟啉与分子氧之间的相互作用越强，对分子氧的活化程度越高。 2.研究了含有不同环外取代基(-NO2，-H，-OCH3)的四苯基金属(Mn，Fe，Co，Cu，Zn)卟啉对分子氧的识别及活化作用。通过对几何结构、相互作用能、Mulliken电荷的分析得出不同取代基对金属卟啉活化分子氧的影响不同。与无取代的四苯基金属卟啉相比，供电子基(-OCH3)由于具有供电性，使卟啉环电子密度增大，促进四苯基卟啉对分子氧的活化作用，吸电子基(-NO2)由于具有吸电子性，使卟啉环电子密度减小，抑制四苯基卟啉对分子氧的活化作用。 3.研究了五种金属(Mn，Fe，Co，Cu，Zn)卟啉对咪唑及吡啶轴向配体的识别以及轴向配体对金属卟啉识别及活化分子氧的影响。结果发现铁卟啉、锰卟啉、钴卟啉和锌卟啉与轴向配体之间存在较强的配位作用，中心金属离子与轴向配体之间均形成配位键，并且轴向配体的引入使卟啉环上的电子密度增大，增强金属卟啉与分子氧之间的相互作用，促进金属卟啉对分子氧的活化作用。