基于密度泛函理论，研究了一系列金团簇和金纳米管、内嵌金属硅富勒烯和排球烯的结构、结构稳定性和电子结构。探索了金笼状结构稳定的物理根源，探索了重金属的相对论效应和d轨道的贡献在金团簇笼状结构形成中的贡献；在电子结构的层次上探讨了内嵌过渡金属对硅的笼状结构的影响，研究了过渡金属元素的d轨道和稀土元素的f轨道对硅电子结构的影响，提议了稀土铕元素对硅电子轨道sp2杂化的诱导效应，研究了内嵌铕原子的硅富勒烯和硅纳米管的稳定性及其物理根源；探索并发现了Sc20C60稳定的笼状结构，分析了其结构特征，从能量、拉曼谱、分子动力学、二聚化等角度验证了其结构稳定性，分析了其电子结构并计算了它的光谱特征，分析了过渡金属d轨道对结构稳定性的影响；研究了贵金属与硅的混合笼状团簇的结构稳定性、电子结构和光谱特征；对这一系列新奇团簇的发现及其可能的应用进行了展望。