水溶液中铝形态及其形成机制对铝的毒性机制、地球化学循环以及水处理等方面研究具有重要意义。围绕着单核铝水解产物的存在形态和Al30的形成机制，人们已经开展了很多工作，但观点并不是很统一，需要更多坚持不懈地探索与研究。而酸碱平衡是水溶液中铝存在形态的决定性因素，水合质子的研究则对理解溶液中的酸碱化学与生物过程等有着重要意义。同时，水合质子的结构也是解决质子传递机制的关键，因而一直是人们关注的重点。针对这些问题，本论文从以下三个方面开展了工作：　　 1.DFT方法研究水溶液中单核铝配合物的Raman光谱　　 用DFT的方法分别对气相模型(GP)、极化连续模型(PCM)、超分子模型(SM)和超分子极化连续模型(SM-PCM)下的Al(H2O)63+和Al(OH)4-进行结构优化和Raman频率的计算。发现同时考虑真实溶剂和主体溶剂效应的SM-PCM模型，可以得到与实验值相近的频率值。将该模型应用于不同配位数下Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)3和Al(OH)63-的Raman频率计算，得到各水解情况下最稳定结构的最强峰分别为Al(OH)(H2O)52+·12H2O的685cm-1，trans-Al(OH)2(H2O)4+·12H2O的542 cm-1、trans-Al(OH)3(H2O)2·13H2O的584cm-1和Al(OH)63-·12H2O的513 cm-1。Al(OH)63-·12H2O计算得到的主要Raman频率值与实验值(535 cm-1)相近，因此不能排除偏铝酸溶液中六配位Al(OH)63-的存在。　　 2.聚合Al30形成机制中的几个关键问题　　 探讨了Al30机制推导过程中以全质子化单核铝、ε-Al13、δ-Al13和Al30作为初始结构的合理性。同时通过DFT方法计算δ-Al13的金属离子加帽结构δ-M-Al13，研究结构的稳定性和反应能量以确定各种金属离子(Li+、K+、Ca2+和Fe3+)在Al30形成过程中所起的作用。　　 3.溶液中H(H2O)n+(n=1-4)红外振动光谱的量子化学研究　　 用MP2方法对H(H2O)n+(n=1-4)多种溶剂的极化连续模型(PCM)进行计算，结果显示随着溶剂极性增强，各水合质子离子之间的互换变得很容易。通过二氯甲烷溶液中水合质子四大核超分子模型(SM)振动频率B3LYP计算值与实验值的对比，可以得出只单纯考虑一种溶剂化作用时SM模型的结果更接近于实验值。PCM模型结果与二氧甲烷和水两种溶剂的SM模型结果表明：总体而言，无论是考虑主体溶剂效应还是真实溶剂效应，各核中H2O和H3O的O-H伸缩振动向低频移动，ωH3O向高频移动；对于H5O2+的VasO…H+…O，主体溶剂效应使其低频移动，而考虑真实溶剂效应则使其发生蓝移。